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文檔簡介
1、金屬玻璃具有獨(dú)特的力學(xué)性能,如高的屈服強(qiáng)度、高硬度和大的彈性應(yīng)變。然而由于應(yīng)變軟化或熱軟化,在室溫下,大塊金屬玻璃的所有塑性變形都局域在剪切帶中,剪切帶承載大量變形。當(dāng)剪切帶中的變形量超過某一臨界值時,裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展,最終導(dǎo)致金屬玻璃發(fā)生斷裂。由于沒有加工硬化機(jī)制的存在,在單向應(yīng)力作用下大塊金屬玻璃通常表現(xiàn)為突然的脆斷。因此大塊金屬玻璃的拉伸塑性應(yīng)變通常為零,壓縮塑性應(yīng)變通常小于2%。為了克服金屬玻璃的這一缺點(diǎn),人們在金屬玻璃中引入微米或
2、納米尺度的結(jié)構(gòu)不均勻性來阻止剪切帶的失穩(wěn)擴(kuò)展,制備了塑性增強(qiáng)的金屬玻璃復(fù)合材料。然而單相塑性金屬玻璃卻很少被報道,盡管單相金屬玻璃具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價值。在本論文中我們探索了提高單相金屬玻璃塑性的方法并研究了單相金屬玻璃塑性提高的機(jī)理。本論文中主要的結(jié)果如下:(1)通過采用熱傳導(dǎo)系數(shù)高的氦氣作為吹鑄氣氛提高金屬玻璃的冷卻速度制備了塑性增強(qiáng)的單相大塊金屬玻璃。由這種方法實(shí)現(xiàn)的單相大塊金屬玻璃塑性的增強(qiáng)并不是由納米晶和相分離導(dǎo)致
3、,而是源于自由體積的增多。(2)通過微量添加Ti元素制備了塑性變形能力優(yōu)異的單相Cu45Zr46Al7Ti2大塊金屬玻璃。該金屬玻璃表現(xiàn)出32.5%的壓縮塑性應(yīng)變,并能發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。該合金優(yōu)異塑性源于原子半徑較小的Ti元素的添加引入的大量自由體積。(3)通過在加載過程中引入應(yīng)力梯度可以導(dǎo)致多重剪切的產(chǎn)生從而增強(qiáng)單相金屬玻璃的塑性應(yīng)變。引入應(yīng)力梯度可以通過改變加載方式或樣品幾何形狀。通過引入應(yīng)力梯度不僅可以在壓縮中產(chǎn)生多重剪切,同樣
4、可以在拉伸過程中引入多重剪切。通過引入應(yīng)力梯度不僅可以提高宏觀塑性應(yīng)變同時也可以獲得宏觀加工硬化現(xiàn)象。(4)預(yù)應(yīng)力可以引起金屬玻璃中名義硬度的較大變化,拉應(yīng)力使硬度降低,壓應(yīng)力使硬度升高。和晶態(tài)材料中的情況不同,預(yù)應(yīng)力可以導(dǎo)致金屬玻璃中真實(shí)硬度的變化。預(yù)加應(yīng)力導(dǎo)致擠出(Pile-up)和沉陷(Sink-in)現(xiàn)象的變化,這種現(xiàn)象的大小可以由名義硬度和真實(shí)硬度的差值(AH)描述。在本文研究的應(yīng)力范圍內(nèi)△H隨預(yù)加應(yīng)力線性變化。有限元計(jì)算表明
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