内生钛基非晶复合材料在动态冲击下的力学行为

发布时间：2017-12-15 13:05

  本文关键词：内生钛基非晶复合材料在动态冲击下的力学行为

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【摘要】：非晶合金自从偶然发现至今,由于其高的强度、高的硬度、高的耐磨、耐腐蚀性和大的弹性极限等非常优异的性能,使其不但成为新的研究热点而且逐渐成为广泛使用于航空等领域的新型工程材料。然而,在室温载荷下,块体非晶合金由于局域化剪切带的形成并快速扩展使得材料通常发生灾难性的脆性断裂。为了解决这一阻碍非晶合金应用于结构材料的缺点,近年来向非晶合金里面加入具有韧性的第二相来促使多重剪切带的形成以及阻碍主剪切带的扩展。其中最为广泛研究的是通过调节成分而形成的内生非晶复合材料。虽说内生非晶复合材料目前的研究很多,但是主要还是停留在对其室温准静态压缩下的研究。材料在真正服役过程中,需要经历各种复杂的环境,其中最多的就是高速率载荷。例如,汽车在出厂前要经过冲撞实验,手机生产时的抗摔实验等。因此,要想扩大内生非晶复合材料的应用,我们就得深入的了解其在动态下的变形行为及其微观变形机理。本课题制备出了两种内生Ti基非晶复合材料并利用霍普金森杆(SHPB)对其进行了动态载荷压缩,研究其变形机理。本文的主要的研究内容及结论如下:(1)通过对之前成分的调节制备获得了单相枝晶增韧的Ti60Zr14V12Cu4Be10非晶复合材料。研究发现在准静态压缩下,该非晶复合材料的极限强度约为2600 MPa,而且其具有非常明显的加工硬化行为,断裂应变大约为40%。在动态压缩下,材料的屈服强度为1290 MPa,塑性应变为16%。可以发现动态下塑性明显比准静态下的下降了很多,主要是由于动态下时间太短,不能及时形成大量的剪切带,且枝晶内没有足够多的位错堆积延缓剪切带的扩展。(2)加入Ta元素制备出两相枝晶增韧的Ti50Zr18Ni5Ta15Be12非晶复合材料。在准静态下,Ti50Zr18Ni5Ta15Be12复合材料其屈服强度大约为1580 MPa,塑性应变约为20%,而且其还具有显著的加工硬化行为。在动态下,Ti50Zr18Ni5Ta15Be12在发生屈服之后几乎为脆性断裂。(3)研究了应变率对两种材料的的变形行为的影响。结果发现,Ti60Zr14V12Cu4Be10在动态下为正的应变率敏感性,而Ti50Zr18Ni5Ta15Be12则是负的应变率敏感性。考虑到绝热剪切的温升的影响,根据临界剪切理论,基于Cooperative-Shear(C-S)模型建立了屈服强度与应变速率之间的本构方程。(4)基于修正的Johnson-Cook(J-C)模型,建立了非晶复合材料在动态下塑性流变区域的本构方程。利用该方程可以有效地预测在不同应变速率下材料的塑性流动行为。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG139.8;TB33

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 汪卫华;;非晶态物质的本质和特性[J];物理学进展;2013年05期

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3 马卫锋;寇宏超;陈春生;李金山;胡锐;刑力谦;周廉;傅恒志;;Interfacial characteristics and dynamic mechanical properties of W_f/Zr-based metallic glass matrix composites[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2008年01期

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本文编号：1292039