金属玻璃的剪切带变形与断裂机制研究进展

金属玻璃的室温塑性变形一般高度局域于剪切带中,因此剪切带行为主导着金属玻璃的变形与断裂机制,对力学性能(如强度、塑性、韧性及疲劳性能等)有重要影响.鉴于剪切带行为对理解和改善金属玻璃力学性能的极端重要性,长期以来关于剪切带的研究一直是金属玻璃领域的热点之一.本文基于作者近年来在剪切带变形与断裂机制上的研究结果,阐述金属...     

锆基金属玻璃中离子减薄诱导的微结构变化

用电化学双喷、凹坑法和离子减薄制备了4组Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃的透射电子显微镜样品。透射电镜观测表明,电子透明区域的微结构随采用的离子减薄条件变化敏感。通过对比选区电子衍射花样和相同成分样品等温退火的X衍射花样发现,在一些严重依赖于离子减薄制备的电镜样品中存在显著的加热效应,导致在离子减薄区域形成了不同的有序结构。在那些特意使用长时间减薄的样品中,可达到约780 K的局域峰值温度,远远超过了该成分的玻璃转变温度。这个结果表明,在用离子减薄获得非晶合金的电镜样品时,必须注意减薄过程所诱导的潜在的微结构变化,以避免得到错误的判断     

退火变脆Fe75Si10B15金属玻璃的脆韧性转变

研究了机械研磨对退火变脆Fe_(75)Si_(10)B_(15)金属玻璃的弛豫过程,晶化行为及脆韧性转变的影响。发现退火变脆的Fe_(75)Si_(10)B_(15)金属玻璃,经不同时间机械研磨,Curie温度T_C逐渐回落,总的弛像焓ΔH_?逐渐回升。在DSC曲线上观察到明显的玻璃转变温度T_(g_1)和一个附加的宽放热峰T_(x_1),随着研磨时间的增加,T_(x_1),T_(x_1),T_C同步降低,与T_(x_1)对应的放热面积ΔH_(x_1)逐渐增大,并在片状粒子表面形成切变带以及与其对应的剪切带,玻璃在退火过程中失掉的韧性逐渐得到恢复。     

超高强度及塑性的钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、压缩力学试验机研究了复合材料的相组成、界面结构及室温力学性能。结果表明,钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料界面非常清晰光洁,证明了微量Nb元素的加入能够有效地抑制界面反应的发生;含钨丝体积分数60%的复合材料具有超高的强度(断裂强度3695MPa)和室温塑性(塑性应变25.3%)。优化的界面结构和钨丝体积分数是产生这种现象的原因。     

金属玻璃中取决于加载速率的非均匀蠕变行为

大块金属玻璃中的蠕变变形可分为均匀流动和非均匀流动.为了理解两种蠕变变形的转化条件,使用纳米压痕试验和分子动力学模拟研究加载速率对Ti40Zr10Cu47Sn3(摩尔分数,％)大块金属玻璃室温蠕变行为的影响.结果发现,在低加载速率下,加载阶段出现很多的锯齿流动,导致蠕变阶段出现非均匀的锯齿流动;而当加载速率足够高时,蠕...     

金属玻璃的结构年轻化及其对力学行为的影响

金属玻璃是高温合金熔体深度过冷至玻璃态转变温度,其内部原子构型来不及有序结晶而形成的玻璃态固体.这类金属键的玻璃体系在原子排列上不存在长程周期性,在热力学上处于远离平衡的亚稳态,在动力学上处于阻塞态.这些特征赋予金属玻璃一系列优异的力学、物理、化学等性能,比如,具有接近理想极限的高强度.然而,金属玻璃的室温塑性变形极易...     

内生枝晶增塑锆基块体金属玻璃复合材料

利用熔体水淬法制备了内生bcc β-Zr固溶体增塑的Zr56．2Ti13.8Nb5．0Cu6．9Ni5．6Be12．5块体金属玻璃基体复合材料．β相呈发达的树枝状,体积分数约为30％．室温单轴压缩时,复合材料失效前的纯塑性应变达到10．2％,并具有2．0％的弹性应变极限和1788MPa的极限断裂强度．显微观察表明,压缩变形后的试样表面均匀分布着大量波浪形剪切带．     

金属玻璃结构及其失稳的原子层次研究

金属玻璃无序结构的非均匀性特征给实验研究其原子尺度的结构特性带来了巨大挑战,目前的实验研究手段仍然受限于时空分辨率的不足,很难捕捉到金属玻璃微观结构的局域响应,而计算模拟能够从原子层次上理解非晶结构及其响应规律.但由于元素间相互作用、计算方法和计算能力的限制,用于计算模拟研究的模型体系和真实的金属玻璃材料之间还存在着难...     

大块金属玻璃非晶形成能力表征参数探讨

把大块金属玻璃合金系作为一物质系统 ,利用加和性原则分别计算其物理结构参数 ,即混合熵Smix、摩尔原子半径差εd、摩尔原子电负性差εe、热扩散率α以及熔点与熔化焓之比Tm/Hm等 ,分别把大块金属玻璃的临界冷却速度Rc、最大尺寸Zmax以及Zmax/Rc作为合金玻璃形成能力的目标 ,用Origin6.1软件分别对εd·εe·α·Smix·Tm/Hm(记做Л)和Rc,Zmax及Zmax/Rc做统计图。结果表明 :如果以Rc作为合金玻璃形成能力的目标 ,Л为 0 .0 2～ 0 .175时合金的玻璃形成能力最好 ;如果以Zmax作为合金玻璃形成能力的目标 ,Л为 0 .0 47～ 0 .15时合金的玻璃形成能力最好 ;如果以Zmax/Rc作为合金玻璃形成能力的目标 ,Л为 0 .0 3～ 0 .15时合金的玻璃形成能力最好。综合的最佳范围为 0 .0 47～ 0 .15。Л是一个比较理想的表征合金玻璃形成能力的新参数     

样品尺寸对Pd基块体非晶合金内部剪切带的影响

以Pd79Cu4Au2Si10P5块体非晶合金为对象,研究了不同尺寸合金的塑性变形行为及其内部剪切带特征。结果表明,直径为1,2和3 mm的该非晶合金都具有良好的塑性变形能力,其塑性变形量随着试样尺寸的增大而降低,分别约为13%,10%,8%。不同尺寸试样的应力-应变曲线有明显不同的锯齿流变,2 mm试样锯齿振幅最大,3 mm试样锯齿振幅最小,而且1和3 mm试样的应力-应变曲线的锯齿间隔都比2 mm试样的小。金相显微镜的观察结果表明,随着试样尺寸的增加,其内部主剪切带密度降低,次生剪切带密度增加。在扫描电镜下能明显看到内部主剪切带厚度随着试样尺寸的增加而增加。     

块体非晶合金在低温下的剪切带特征

通过宏观洛氏压痕实验在低温(193K)下对玻璃转变温度和本征脆性具有显著差别的5种典型非晶合金(Mg65Cu25Gd10,La55Al25Cu10Ni5Co5,Pd43Cu27Ni10P20,Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4,Fe52Cr15Mo9Er3C15B6)的剪切带特征进行了研究。考查了剪切带间距和数量与归一化温度和材料本征脆性的关联,并根据放射状剪切带的夹角讨论了不同合金的压力敏感系数及其影响因素。     

Zr_(65)Al_(7.5)Ni_(10)Cu_(12.5)Ag_5非晶合金压痕下方剪切带形貌的研究

以Zr65Al7.5Ni10Cu12.5Ag5块体非晶合金作为研究对象,采用界面压痕技术和扫描电子显微镜,分别对铸态、轧制态以及轧制-退火态试样压痕下方的剪切带形貌进行了研究。实验结果表明,铸态试样以半圆形剪切带为主,同时存在少量的射线状剪切带,并且形貌比较规则;轧制态试样的剪切带形貌变得很不规则,很难分辨半圆形和射线状剪切带,并且随着变形量的增加,剪切带形貌的不规则程度增加;轧制-退火态试样中重新出现了规则的半圆形和射线状剪切带,变形量对剪切带形貌几乎没有影响。这些结果说明,轧制态试样压痕下方剪切带形貌不规则的主要原因是轧制变形使剪切带中自由体积含量显著增加。     

Correlations between Shear Bands and Plasticity in Ti-Based Bulk Metallic Glass

The compressive plasticity of Ti40Zr25Ni8Cu9Be18 bulk metallic glass with different specimen aspect ratio was investigated. The specimens with aspect ratios A＞1 exhibit a poor plasticity, contrariwise, showing an excellent plasticity. The maximum elongation before failure is up to about 86%. The difference in the plasticity is a result of shear bands behavior due to the geometrical constraints. The results show a linear increase in the density (spacing) of shear bands with increasing of stress, and the hardness decreases linearly with increasing of plastic strain. The results are consistent with a strain-induced local dilatation, and the free volume in the glass increases after deformation relative to the undeformed glass     

Zr-Al-Co块状非晶的成分优化

运用等电子浓度和变电子浓度线判据实现了Zr—Al—Co块状非晶合金的成分优化．在(Al50Co50)-Zr等电子浓度线(e／α=1．5)和(Zr9Co4)—Al及(Zr78．5Co21．5)—Al变电子浓度线上设计成分，并通过吸铸法制备块状合金．实验结果表明，在(Al50Co50)—Zr等电子浓度线和(Zr9Co4)—Al变电子浓度线上可形成块状非晶合金，且非晶合金的热稳定性与非晶形成能力随电子浓度的增大而单调递增．其中，(Al50Co50)-Zr等电子浓度线和(Zr9Co4)—Al变电子浓度线交点处形成的Zr53Al23．5Co23．5非晶合金，具有最大的热稳定性和非晶形成能力，特征热力学参数Tg=783K，Tx=849K，Tg／Tm=0．637，Tg／Ti=0．590。     

Formation of Bulk Metallic Glasses from Cu-Zr Based Alloys with Yttrium Addition

采用工业级的低纯Zr,通过稀土Y的微合金化作用,制备Cu46Zr46Al8非晶合金。结果表明:Y能有效提升Cu46Zr46Al8合金的玻璃形成能力,主要原因是Y能吸附液态合金中溶解的氧,起到晶化合金的作用。当Y的添加量为2at%,3at%时,效果最为明显。经过Y微合金化后的非晶合金的抗压缩断裂强度超过2GPa,高于用高纯原料制备的非晶,但是塑性明显下降。     

Cu64Zr36合金非晶剪切带形成的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)模拟方法研究在轴向压缩下,冷却速率、应变率、环境温度、裂缝对Cu64Zr36二元非晶合金力学性能的影响。在模拟中,采用EAM势函数表述原子间的相互作用。计算结果表明:非晶的弹性模量和抗压强度都比晶体试样大一倍多,而当应变≥15%时两种试样的流动应力几乎相等;冷却速率缓慢得到的非晶试样由于原子发生重组变疏松,产生剪切带,而冷却速率较快得到的试样则没有发生重组;试样的弹性模量、抗压强度和流动应力对应变率变化很不敏感;随着环境温度的升高,流动应力、抗压强度和弹性模量降低;有初始裂纹的试样剪切带集中,从裂纹尖端开始,与加载方向呈45o方向扩展。     

新型块体铁基非晶合金的形成与性能

利用铜模铸造法制备了(Fe100-xCox)74Mo6P10C7.5B2.5(x=0-15)新型块体铁基非晶合金。Fe-Co-Mo-P-C-B系块体非晶合金具有临界直径为4mm的高非晶形成能力,以及维氏硬度为10.6～10.85GPa的高硬度和饱和磁感应强度为0.98～1.07T的优异性能。研究结果表明,非晶合金硬度及饱和磁感应强度都随着Co含量的提高逐渐增加。合金的非晶形成能力则与Co的含量密切相关。适量Co的添加扩大非晶合金的过冷液体区间(ΔTx)及增加γ值,从而提高非晶合金的热稳定性及其非晶形成能力。     

块状非晶合金纳米压痕微区形变的研究

对Zr55A110Ni5Cu30块状非晶合金进行了室温纳米压痕实验，利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜揭示了非晶合金的微区形变特征。结果表明：在压痕周围形成离散的剪切带，形变引起了块状非晶合金局部自由体积增加。利用自由体积模型对非晶合金的微区形变机制进行了分析。