Ti-Cu-Ni-Zr非晶合金的熱力學(xué)特征及力學(xué)行為的研究.pdf

1、大塊非晶合金有望成為21世紀(jì)的“綠色”工程材料，“綠色”工程材料需要滿足：具有優(yōu)異的力學(xué)性能、低廉的原材料成本以及制造成本、對環(huán)境友好型、材料可循環(huán)使用等條件。自從非晶合金首次發(fā)現(xiàn)以來，已知的大部分非晶合金并不能滿足“綠色”材料的要求。因此，設(shè)計并開發(fā)“綠色”大塊非晶合金材料將面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如何設(shè)計新型非晶合金材料，研究其玻璃形成能力以及力學(xué)變形行為具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　在已知大塊非晶合金體系中，Ti基或Ti-

2、Cu基大塊非晶合金由于具有較小密度、較高強(qiáng)度而備受材料研究者的青睞。然而，具有較高玻璃形成能力的Ti基或Ti-Cu基合金普遍含有毒元素Be或貴金屬元素Pd，這些均不能滿足“綠色”材料的設(shè)計要求?；凇岸簿П壤旌稀狈?，本文設(shè)計了新型的四元Ti-Cu-Ni-Zr和添加Hf的Ti-Cu-Ni-Zr合金成分。基于玻璃形成能力與過冷熔體和晶體之間的吉布斯自由能差(ΔG)的關(guān)系，通過DSC和DTA實驗測量了晶體和過冷液相區(qū)的比熱，計算了兩類合

3、金的ΔG值，分析了玻璃形成能力與ΔG之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
　　根據(jù)ΔCp的Dubey表達(dá)式，獲得了ΔCp雙曲線表達(dá)式，進(jìn)而給出了ΔG、ΔH和ΔS表達(dá)式。采用Ti-Cu-Ni-Zr(Hf)的實驗數(shù)據(jù)，分析了ΔCp、ΔG、ΔS和ΔH表達(dá)式的計算值與實驗值的吻合程度；并結(jié)合其他非晶合金的實驗數(shù)據(jù)，給出了ΔCp雙曲線表達(dá)式和ΔCp的Dubey表達(dá)式的最大誤差公式，討論了ΔCp的Dubey表達(dá)式的適用條件。
　　根據(jù)液體空穴理論，獲得了比

4、熱差雙曲線表達(dá)式，使比熱差雙曲線表達(dá)式有了理論依據(jù)。為論證比熱差雙曲線表達(dá)式的計算值與實驗值之間的吻合程度，根據(jù)已報道的十五種非晶合金的實驗數(shù)據(jù)，計算了ΔCp、ΔG、ΔS和ΔH值。通過對Ti35.37Cu45.11Ni8.88Zr10.64和Ti37.65Cu43.25Ni9.6Zr9.5合金的熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，研究了比熱差雙曲線表達(dá)式所計算的ΔG與合金的玻璃形成能力之間的關(guān)系，另外，還討論了比熱差雙曲線表達(dá)式計算值和實驗值的吻合程度

5、與非晶合金無序原子熱振動之間的關(guān)系。
　　對Ti-Cu-Ni-Zr(Hf)大塊非晶合金進(jìn)行室溫壓縮實驗，獲得了屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、塑性應(yīng)變等工程力學(xué)數(shù)據(jù)。通過觀察Ti-Cu-Ni-Zr樣品的斷口形貌，針對斷口應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)大量流動熔體的現(xiàn)象，計算了材料在斷裂瞬間該處升高的溫度以及每個鋸齒流變所引起的溫升，討論了彈性能釋放與非晶相熔化之間的關(guān)系。此外，通過PSEM觀察添加Hf的Ti-Cu-Ni-Zr樣品的斷口形貌，計算了脈狀花紋邊

6、界處“突起”的高度，分析了非晶合金塑性與“突起”之間的關(guān)系。針對應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)的鋸齒流變現(xiàn)象，建立了單一剪切帶形成的動力學(xué)模型，改進(jìn)了單一樣品多重剪切帶的公式，研究了鋸齒流變與單一剪切帶或多重剪切帶之間的關(guān)系，從而闡明了Ti-Cu-Ni-Zr以及添加Hf的Ti-Cu-Ni-Zr室溫壓縮下的力學(xué)行為。
　　針對工程材料在低溫下的應(yīng)用，對Ti-Cu-Ni-Zr大塊非晶合金進(jìn)行了低溫壓縮實驗，獲得了低溫下的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、塑性應(yīng)