金属玻璃及其复合材料的室温变形与断裂行为
文献类型：学位论文
| 作者 | 伍复发 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-29 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 张哲峰 |
| 关键词 | 金属玻璃 剪切带 变形 塑性 断裂 |
| 其他题名 | Room-temperature Deformation and Fracture Behaviors of Metallic Glasses and Their Composites |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 金属玻璃的原子排列是长程无序的，因此它表现出与传统晶态合金完全不同的力学性能和变形与断裂行为。由于金属玻璃的高强度和高硬度等特征，它一直被认为是一种潜在的结构材料。虽然关于金属玻璃的形成能力等问题研究了很多，而且人们也发现了诸多具有良好玻璃形成能力的合金体系，但对于它们的力学行为却研究得不够充分。本论文以多种金属玻璃及其复合材料为研究对象，采用多种载荷方式，对它们的变形和断裂行为进行了全面深入的研究。 金属玻璃的拉伸和压缩变形遵守不同的屈服准则，因而造成拉伸和压缩变形与断裂的不对称性。剪切-解理因子 是影响材料的塑性变形和断裂方式的重要参数。铸态和低温退火的Zr56.2Ti13.8Nb5.0Cu6.9Ni5.6Be12.5金属玻璃复合材料的 值相对较低，因此拉伸试样发生剪切断裂并具有一定的塑性。而Ti60Cu14Ni12Sn4Nb10纳米结构复合材料和高温退火的Zr56.2Ti13.8Nb5.0Cu6.9Ni5.6Be12.5金属玻璃复合材料的 值显著增大，因此拉伸试样几乎没有任何塑性，而且容易发生 正断。 金属玻璃的拉伸断裂过程可以分为三个阶段：自由体积增殖、自由体积聚集和孔洞形成以及剪切裂纹的快速扩展。临界剪切台阶是表征金属玻璃拉伸剪切变形能力的重要参数。当实际剪切台阶和裂纹长度小于其相应的临界值时，剪切变形是稳定的。这可以很好地解释试样尺寸对金属玻璃拉伸塑性与脆性的影响：当试样尺寸大于等效临界剪切台阶时，剪切变形是不稳定的，导致金属玻璃出现整体拉伸脆性断裂；而当试样尺寸小于等效临界剪切台阶时，剪切变形是稳定的，使金属玻璃表现出一定的拉伸塑性。 试样的高径比会显著影响Zr基金属玻璃的压缩塑性。具有小高径比的金属玻璃试样的高塑性主要是由于限制压力诱发的多重剪切带的形成造成的。化学成分和微观结构完全一致的金属玻璃的压缩性能在毫米级的尺寸下也具有很强的尺寸效应。尺寸为1.0×1.0×2.0 mm3的Zr52.5Ni14.6Al10Cu17.9Ti5金属玻璃试样的压缩塑性可以高达80%且没有发生断裂。分析表明，用临界剪切台阶概念和消耗在剪切断裂面的弹性能密度可以很好地解释金属玻璃压缩性能的宏观尺寸效应。 金属玻璃的压缩断裂一般有两种方式，即剪切断裂和破碎断裂，这与金属玻璃的表面能相关。Co基和Zr基金属玻璃的断裂方式不同表明有不同的机制控制着断裂。可以用表面能 、解理强度 、破碎系数 和剪切-解理因子 等综合因素来解释。其中破碎系数 可以作为衡量金属玻璃脆性大小的一个外在参数。当金属玻璃发生破碎断裂时，会在其断裂表面出现动态失稳，形成镜面区和粗糙区。镜面区的特征是在裂纹低速动态失稳扩展形成周期性的纳米条纹，而粗糙区是在裂纹高度扩展形成微米尺度的分岔。 采用小冲压试验方法研究了金属玻璃的稳定剪切变形与断裂行为。发现Zr52.5Ni14.6Al10Cu17.9Ti5金属玻璃可以形成规则的径向和周向多重剪切带，这是由试样在小冲压载荷下的复杂双向拉应力和实验装置的几何限制造成的。其中致密的径向和周向多重剪切带以及大的剪切台阶导致了小冲压试样可以发生较大的塑性变形。随着退火温度的升高，Zr52.5Ni14.6Al10Cu17.9Ti5金属玻璃试样的失效方式由周向剪切断裂转变为径向剪切断裂和径向正断，剪切变形范围和剪切台阶逐渐减小。在晶化温度之上退火后，Zr52.5Ni14.6Al10Cu17.9Ti5金属玻璃试样没有发生任何剪切变形，表现为完全径向正断。在小冲压载荷下，金属玻璃中剪切带的扩展得到了很好的控制，表现出稳定剪切变形行为。因此小冲压试验方法可以用来研究金属玻璃剪切带的演变，并且可以有效地评价金属玻璃的韧脆转变。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 166 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17115]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 伍复发. 金属玻璃及其复合材料的室温变形与断裂行为[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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