內(nèi)生鈦基非晶復(fù)合材料在動態(tài)沖擊下的力學(xué)行為.pdf

1、非晶合金自從偶然發(fā)現(xiàn)至今，由于其高的強(qiáng)度、高的硬度、高的耐磨、耐腐蝕性和大的彈性極限等非常優(yōu)異的性能，使其不但成為新的研究熱點(diǎn)而且逐漸成為廣泛使用于航空等領(lǐng)域的新型工程材料。然而，在室溫載荷下，塊體非晶合金由于局域化剪切帶的形成并快速擴(kuò)展使得材料通常發(fā)生災(zāi)難性的脆性斷裂。為了解決這一阻礙非晶合金應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料的缺點(diǎn)，近年來向非晶合金里面加入具有韌性的第二相來促使多重剪切帶的形成以及阻礙主剪切帶的擴(kuò)展。其中最為廣泛研究的是通過調(diào)節(jié)成分而形

2、成的內(nèi)生非晶復(fù)合材料。
　　雖說內(nèi)生非晶復(fù)合材料目前的研究很多，但是主要還是停留在對其室溫準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下的研究。材料在真正服役過程中，需要經(jīng)歷各種復(fù)雜的環(huán)境，其中最多的就是高速率載荷。例如，汽車在出廠前要經(jīng)過沖撞實(shí)驗(yàn)，手機(jī)生產(chǎn)時的抗摔實(shí)驗(yàn)等。因此，要想擴(kuò)大內(nèi)生非晶復(fù)合材料的應(yīng)用，我們就得深入的了解其在動態(tài)下的變形行為及其微觀變形機(jī)理。
　　本課題制備出了兩種內(nèi)生Ti基非晶復(fù)合材料并利用霍普金森桿(SHPB)對其進(jìn)行了動態(tài)載荷壓

3、縮，研究其變形機(jī)理。本文的主要的研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）通過對之前成分的調(diào)節(jié)制備獲得了單相枝晶增韌的Ti60Zr14V12Cu4Be10非晶復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下，該非晶復(fù)合材料的極限強(qiáng)度約為2600 MPa，而且其具有非常明顯的加工硬化行為，斷裂應(yīng)變大約為40％。在動態(tài)壓縮下，材料的屈服強(qiáng)度為1290 MPa，塑性應(yīng)變?yōu)?6%?？梢园l(fā)現(xiàn)動態(tài)下塑性明顯比準(zhǔn)靜態(tài)下的下降了很多，主要是由于動態(tài)下時間太短，不能及時形成

4、大量的剪切帶，且枝晶內(nèi)沒有足夠多的位錯堆積延緩剪切帶的擴(kuò)展。
　　（2）加入Ta元素制備出兩相枝晶增韌的Ti50Zr18Ni5Ta15Be12非晶復(fù)合材料。在準(zhǔn)靜態(tài)下，Ti50Zr18Ni5Ta15Be12復(fù)合材料其屈服強(qiáng)度大約為1580 MPa，塑性應(yīng)變約為20%，而且其還具有顯著的加工硬化行為。在動態(tài)下， Ti50Zr18Ni5Ta15Be12在發(fā)生屈服之后幾乎為脆性斷裂。
　　（3）研究了應(yīng)變率對兩種材料的的變形行為的

5、影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， Ti60Zr14V12Cu4Be10在動態(tài)下為正的應(yīng)變率敏感性，而 Ti50Zr18Ni5Ta15Be12則是負(fù)的應(yīng)變率敏感性?？紤]到絕熱剪切的溫升的影響，根據(jù)臨界剪切理論，基于Cooperative-Shear(C-S)模型建立了屈服強(qiáng)度與應(yīng)變速率之間的本構(gòu)方程。
　　（4）基于修正的Johnson-Cook(J-C)模型，建立了非晶復(fù)合材料在動態(tài)下塑性流變區(qū)域的本構(gòu)方程。利用該方程可以有效地預(yù)測在不同應(yīng)變速率