Zr基非晶合金納米壓痕變形行為及有限元模擬.pdf

1、隨著塊體非晶合金制備技術(shù)和研究技術(shù)的日益成熟，人們發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，這些優(yōu)異性能為非晶合金的廣泛應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。近年來，研究者們不斷采用高精度的納米壓痕技術(shù)和各種理論模型來探索非晶合金的微結(jié)構(gòu)和變形行為的關(guān)聯(lián)。目前一些針對非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的非均勻性研究表明，非晶合金存在納米級尺度的模量非均勻性。本文選用Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金(Zr-based bulk amorphous alloy,

2、Zr-BAA)為對象，通過納米壓痕和原子力顯微鏡及有限元模擬研究了Zr-BAA室溫納米力學(xué)行為及結(jié)構(gòu)非均勻性對其力學(xué)行為的影響。本文的主要結(jié)果如下：
　　1.室溫下Zr-BAA在不同加載速率的納米壓痕實驗中發(fā)生了pop-in事件，這些離散的pop-in對應(yīng)著單個或多個剪切帶的激活。低加載速率促進更多明顯的鋸齒產(chǎn)生，高加載速率則抑制了鋸齒流變。保載階段的蠕變位移隨速率的增加而變大，此現(xiàn)象與過剩自由體積和加載階段位移在總位移中所占的比

3、例有關(guān)。
　　2.用經(jīng)驗公式對保載階段的位移(h)-時間(t)曲線進行了擬合，并計算出蠕變應(yīng)力指數(shù)，得出蠕變應(yīng)力指數(shù)隨加載速率的增加而降低，這是因為高加載速率下加載階段更多自由體積的積聚和較少自由體積的湮滅的聯(lián)合效應(yīng)進而產(chǎn)生了較多的過剩自由體積，從而導(dǎo)致保載階段出現(xiàn)更多的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)(STZ)和均勻流動。
　　3.用有限元法模擬了納米壓痕載荷(P)-位移(h)曲線。結(jié)果表明，Zr-BAA的變形行為較好地遵守Mohr-Coulo

4、mb準則和Drucker-Prager準則，說明正應(yīng)力對非晶合金的塑性變形有影響。不同屈服準則下卸載后的應(yīng)力云圖顯示von Mises有效應(yīng)力在與壓頭接觸的區(qū)域達到最大值，暗示剪切帶形成的位置與von Mises有效應(yīng)力有關(guān)。
　　4.利用原子力顯微鏡(AFM)對納米壓痕形貌進行了觀測。壓頭周圍有一些剪切帶，這與壓頭接觸區(qū)域下方的有效應(yīng)力最大相吻合。
　　5.研究了彈性模量的非均勻性(如高斯分布)對Zr-BAA納米壓痕行為的