TiZrNiCuBe塊體非晶合金的力學(xué)行為.pdf

1、本文采用單軸拉伸和壓縮以及納米壓痕技術(shù)，系統(tǒng)研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20塊體非晶合金寬溫度范圍內(nèi)(123K～658K)的力學(xué)行為。
　　鑄態(tài)非晶樣品的尺寸對(duì)非晶合金的塑性變形能力產(chǎn)生顯著影響。相比較大尺寸非晶試樣而言，具有相同化學(xué)成分的小尺寸非晶試樣體現(xiàn)更大的壓縮塑性和較低的壓縮強(qiáng)度，這表明非晶合金具有“愈小亦愈軟”的趨勢(shì)。在凝固過(guò)程中，小尺寸的試樣經(jīng)歷更大的冷卻速度，使得其擁有更多的自由體積，促進(jìn)剪切帶的形核并導(dǎo)

2、致玻璃態(tài)合金在變形時(shí)產(chǎn)生更多剪切帶，使得小尺寸試樣在單軸壓縮過(guò)程中體現(xiàn)更大的塑性變形能力。
　　Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金在低溫環(huán)境下塑性和強(qiáng)度均顯著增強(qiáng)。其塑性的提高可歸因于密集的剪切帶的形成及剪切帶的扭轉(zhuǎn)。低溫環(huán)境大大降低原子的活動(dòng)能力，使得原子擴(kuò)散困難，進(jìn)而抑制了剪切帶的擴(kuò)展，使得合金在遠(yuǎn)低于室溫時(shí)體現(xiàn)塑性與強(qiáng)度的同時(shí)提高。低溫壓縮變形中，非晶合金產(chǎn)生“變形誘發(fā)納米晶轉(zhuǎn)變”現(xiàn)象，同時(shí)，低溫變形試樣的晶化程

3、度較室溫變形試樣大大減輕。
　　Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金在過(guò)冷液相區(qū)體現(xiàn)優(yōu)異的超塑性變形能力，高溫壓縮應(yīng)變可高達(dá)0.83。非晶合金的超塑性流變行為強(qiáng)烈取決于測(cè)試溫度和應(yīng)變速率。在低溫和高應(yīng)變速率時(shí)，測(cè)量的粘度值隨著應(yīng)變速率的增加而不斷降低，即，材料體現(xiàn)非牛頓型流變，且在應(yīng)力應(yīng)變曲線上可觀察到峰值應(yīng)力現(xiàn)象。而在低應(yīng)變速率和高測(cè)試溫度條件下，材料體現(xiàn)牛頓型流變。非晶合金在寬溫度范圍內(nèi)測(cè)試溫度與其強(qiáng)度之間符合下列關(guān)

4、系：aEbTTσ=(?/g)。對(duì)于本文研究的Ti基非晶合金而言，當(dāng)測(cè)試溫度在0～0.9Tg時(shí)，Eσ/=.0/0066TTg+.00206；而當(dāng)測(cè)試溫度在0.9～1.1Tg時(shí)，Eσ/=.0/1163TTg+.01278。
　　研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金在不同測(cè)試溫度下的單軸壓縮斷裂行為以及斷口形貌特征。在高溫變形時(shí)，壓縮斷口較室溫?cái)嗫诟鼮榇植诓黄?。隨著測(cè)試溫度的升高，一個(gè)與脈狀花樣不同的特征，即大面積粘性介

5、質(zhì)層，出現(xiàn)在斷口上，外加熱場(chǎng)以及塑性流變導(dǎo)致的絕熱升溫被認(rèn)為是導(dǎo)致粘性介質(zhì)層的兩個(gè)重要原因。升高測(cè)試溫度，導(dǎo)致試樣的剪切斷裂角亦隨之逐漸增加。非晶合金在不同測(cè)試溫度下的斷裂行為均遵循與正應(yīng)力相關(guān)的Mohr-Coulumb準(zhǔn)則。
　　預(yù)塑性變形對(duì)Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。預(yù)塑性變形前后合金試樣在均體現(xiàn)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征的同時(shí)，塑性變形能力體現(xiàn)較大差別。隨著預(yù)應(yīng)變量的增加，試樣在發(fā)生斷裂破壞前的

6、壓縮塑性應(yīng)變出現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在預(yù)應(yīng)變?yōu)?0％時(shí)，試樣體現(xiàn)最大的壓縮塑性。同時(shí)，隨著預(yù)應(yīng)變量的增加，預(yù)應(yīng)變?cè)嚇釉谄茐暮笤嚇颖砻娴募羟袔?shù)量及宏觀斷口的脈狀紋絡(luò)的密度亦體現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而預(yù)變形試樣的硬度體現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)。熱分析結(jié)果表明，在預(yù)應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)，試樣體現(xiàn)最多的自由體積?；赟paepen提出的自由體積理論，對(duì)于預(yù)變形過(guò)程中，非晶體內(nèi)自由體積出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象進(jìn)行了合理解釋。
　　研究了Ti40Zr25Ni3

7、Cu12Be20塊體及薄帶非晶合金在寬最大載荷范圍內(nèi)(5～100mN)室溫納米蠕變特性。應(yīng)力指數(shù)n由載荷-位移曲線推算出來(lái)并作為一個(gè)衡量材料抗蠕變特性的重要指標(biāo)。隨著納米壓痕尺寸增加，所測(cè)得的應(yīng)力指數(shù)急劇增加，體現(xiàn)明顯的尺寸效應(yīng)。相比薄帶材料而言，這種尺寸效應(yīng)在塊體中體現(xiàn)得更為顯著。納米壓痕蠕變行為的變形機(jī)理可以由基于“剪切轉(zhuǎn)變區(qū)”的非晶合金變形理論來(lái)合理解釋。
　　采用循環(huán)加載納米壓痕測(cè)試研究了Ti40Zr25Ni3Cu12Be