块体非晶合金剪切带的原子力纳米压痕行为

通过原子力显微镜(AFM)纳米压痕实验研究传统纳米压痕实验形成的Fe基非晶合金剪切带区域及未变形区域的变形;结合压痕形貌实时原位观测,探讨块体非晶合金塑性变形局域化的原因.结果表明最大载荷44.6μN下,材料的剪切带、剪切带间和未变形区域的AFM纳米压痕残余面积分别为3274.7、2976.5和2879.2nm2,对应的硬度分别为13.62、14.98和15.49GPa,剪切带区域的硬度值比未变形区域的硬度值降低了约10%,说明塑性变形过程中,过剩自由体积的产生使剪切带结构发生软化.     

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。     

Zr-Cu-Ni-Ta-Al块体非晶合金复合材料的合成及力学性能

采用电弧熔炼铜模铸造法制备了Ta晶体相增强的Zr基非晶合金复合材料。利用差示扫描量热仪（DSC），X射线衍（XRD）射仪，扫描电子显微镜（SEM）等手段研究了Ta加入对（Zr0.65Cu0．175Ni0.175）90-xTaxAl10（x=0，4，6，8，10）（原子百分比）非晶复合材料非晶形成能力及力学性能的影响。结果表明，Ta的加入改变了合金的晶化行为，随着Ta含量的增加，合金的DSC曲线由单一晶化峰转变为多个晶化峰。加入10％Ta的块体非晶合金复合材料的基体固溶约4％的Ta。复合材料的塑性应变量达到3．2％，同时最大应力达到1855MPa，明显高于不含Ta合金。块状非晶合金复合材料中Ta晶体相的存在，阻止单一剪切带的扩展，诱发更多剪切带形成，从而提高了材料的抗压强度和塑性。     

Fe-Co-B-Si-Nb-Cr块体非晶合金在纳米压痕过程中的变形行为

利用纳米压痕技术研究直径为3 mm的{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体非晶合金的变形行为以及加载速率对其塑性变形行为的影响规律.结果表明:该块体非晶合金在低加载速率下表现出显著的锯齿流变,而在高的加载速率下表现为连续的塑性变形;在纳米压痕过程中,该块体非晶合金出现室温蠕变现象,且其硬度值随着加载速率的增大而减小.     

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。     

ZrCuNiAl块体非晶合金的低温压缩变形行为

采用Instron 5500万能试验机对Zr55.7Cu23Ni9Al12.3块体非晶合金进行了应变速率为4×10-4 s-1、环境温度为143 K的低温压缩试验,研究了其低温压缩变形行为。结果表明,当测试环境温度从298 K（室温）降低到143 K时,该合金的强度和塑性均呈增加的趋势,且未出现传统晶态材料的冷脆性现象。分析表明,其屈服强度的增加源于低温下剪切带的形核需要更高的载荷,而低温下断口侧面高密度剪切带的形成导致了其塑性的增加。     

氢对锆基块体非晶合金形变和开裂的影响

通过充氢和未充氢缺口拉伸试样和三点弯曲试样在SEM下的原位加载,研究了氢对Zr65Al7．5Ni10Cu17．5块体非晶合金形变和开裂过程的影响,结果表明,无论是否有氢,块体非晶的剪切带发展到临界尺寸,剪切裂纹就沿剪切带形核、扩展,它一旦张开就导致快速的断裂,断口边缘观察到的无特征区是剪切带,而不是剪切裂纹断口;剪切断口形貌和拉伸断口形貌没有本质区别,只有当长时间充氢才能形成氢鼓泡,如鼓泡很小或尚未形成,则氢对剪切带以及裂纹的形核、扩展没有明显影响;如存在较大的氢鼓泡,则当剪切带尚未充分发展时微裂纹就形核,导致低应力脆断。     

块体非晶合金的电子束焊接

为了寻求块体非晶合金的最佳焊接技术 ,研究了Ｚｒ50 Ｃｕ30 Ｎｉ10 Ａｌ10 块体非晶合金板的电子束焊 ,采取不同的电子束焊接条件研究所获得的焊接区的组织和强度性能。用电弧熔炼法由纯锆、铜、铝和纯镍金属在氩气氛下制备了Ｚｒ50 Ｃｕ30 Ｎｉ10 Ａｌ10 四元合金铸锭 ,随后再将该铸锭完全重熔后压力铸造成宽 5 0ｍｍ、长 60ｍｍ、厚 3ｍｍ的板状非晶态试样。用电子束焊机 ( 30ｋＷ级 )在大气压约为 1Ｐａ的真空气氛下进行了电子束焊 ,其焊接条件范围如下 :( 1)加速电压为 70ｋＶ ,( 2 )分级移动速度 (即焊接速度Ｖｗ)为 16 7至 2 5 0ｍｍ…     

Cu-Zr-Nb系铜基块体非晶合金的形成

Cu8Zr3和Cu10Zr7相中存在Cu8Zr5和Cu6Zr5团簇结构,它们与Cu-Zr系的两个深共晶点Cu61.8Zr38.2和Cu56Zr44对应. Cu64Zr36是Cu-Zr二元系具有最大玻璃形成能力的成分点.依据形成块体非晶的＂变电子浓度线判据＂,以Cu64Zr36,Cu61.8Zr38.2和Cu56Zr44 3个二元成分为出发点,以Nb元素为第三组元,建立变电子浓度线（Cu64Zr36）100-xNbx,（Cu61.8Zr38.2）100-xNbx和（Cu56Zr44）100-xNbx.采用分步熔炼法,由铜模吸铸法制备直径为3 mm的合金棒.块体非晶的玻璃形成区及玻璃形成能力由XRD和热分析确定.结果表明,添加少量Nb（原子分数,x≤3）可以显著提高Cu-Zr二元系的玻璃形成能力.具有最大Tg/Ti值（0.626）的成分Cu60.3Zr37.2Nb2.5位于具有Cu8Zr5团簇和最深共晶点的Cu61.8Zr38.2向第三组元Nb的连线上.结合Cu-Zr二元体系的团簇结构讨论了Cu-Zr-Nb系块体非晶的形成.     

一种新的具有室温大塑性的Zr基块体非晶合金

通过二元共晶比例法设计了一种新的具有室温大塑性的Zr51Al9.96Ni14.34Cu24.7块体非晶合金.该合金室温压缩最大强度达2356 MPa,塑性应变达14.6%.高分辨透射电镜(HRTEM)及热分析(DSC)结果表明,压缩过程的变形诱发了纳米晶化.纳米晶的形成一方面诱发新的剪切带的形成,增加了剪切带的密度;另一方面阻碍了剪切带的进一步扩展,使大量初始剪切带与二次剪切带的交割和分叉,因而导致所研究非晶合金优异的塑性变形能力.     

结构弛豫对Zr_(64.13)Cu_(15.75)Ni_(10.12)Al_(10)块体非晶合金硬度和剪切带特征的影响

通过接近玻璃转变温度的等温退火获得不同弛豫状态的Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10块体非晶合金样品。利用维氏显微硬度计和洛氏硬度计研究结构弛豫对合金硬度和压痕周围剪切带特征的影响规律。结果表明:在590K等温退火处理使Zr64.13Cu15.75Ni10.12Al10块体非晶合金发生焓弛豫行为,其维氏显微硬度随退火时间的延长较快增加后趋于稳定,而大载荷洛氏硬度对结构弛豫不敏感。通过洛氏压痕周围剪切带特征的研究,定量比较了结构弛豫对剪切带间距、数量的影响规律。     

具有良好室温塑性的ZrCuNiAlNb块体非晶

在脆性的ZrCuNiAl块体合金中添加Nb,获得新型的Zr60.59Cu15.78Ni10.73Al10.75Nb2.15非晶合金。通过XRD、DSC及HRTEM对合金的结构及热力学参数进行测定,并采用静态压缩实验研究其力学性能。结果表明：合金在XRD和DSC精度范围内呈现非晶态特征,但HRTEM结果显示其析出少量1~2 nm的纳米晶。Nb的添加还显著降低了合金的结晶激活能,有利于形变过程中纳米晶的进一步形核。纳米晶的存在增加了剪切带的形核位置,阻碍和钝化剪切带扩展,并诱发剪切带分叉及新剪切带形成,提高了合金的室温塑性。该块体非晶的屈服强度为1850 MPa,平均塑性应变为11.95%,最大塑性应变达到25.37%,最小塑性应变为2.95%,并具有应变硬化现象     

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。     

大块非晶合金的复合韧化研究进展

大块非晶合金具有高强度(～2 GPa),大的弹性极限(2%～3%)及良好的耐腐蚀性等优异性能,但室温塑性低限制了大块非晶合金在工程上的实际应用.本文从大块非晶合金变形与断裂的微观机制出发探讨了其室温脆性的本质,并总结了通过在大块非晶合金基体中引入第二相(外加或原位生成)来改善其室温塑性的复合韧化研究进展.     

金属玻璃剪切带中应力诱导的纳米缺陷形成

以非晶锆基金属玻璃薄带制备透射电子显微镜样品,并利用透射电镜找到在弯曲样品过程中产生的剪切带.高分辨透射电镜技术揭示在剪切带中存在着纳米级的空洞类和高密度区域缺陷.这些缺陷被认为是在机械负载和外应力移除过程中应力激发的自由体积演化而成的,其演化过程可以通过和在相同的金属玻璃样品上的热退火过程作类比来定性地理解.     

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。     

非晶及纳米结构钛合金研究进展

综述了钛基大块非晶的成分-非晶形成能力的对应关系，总结了已知的钛基大块非晶的一次结晶相及力学性能，并阐述了钛基大块非晶的塑性变形机制，以及造成低塑性的因素和改善塑性的方法，着重介绍了铸造纳米结构钛合金的成分、组织和力学性能。通过精巧的成分设计，结合金属模铸造技术，制备出了直径小于5mm，并具有微米尺度β-Ti（M）一次树枝晶相＋纳米尺度棒状β-Ti／γ-TiCu共晶结构的复合组织，其中棒状β-Ti相尺寸在30nm～300nm范围；γ-TiCu共晶基体相由小于10nm的晶粒或亚晶粒组成，这种多层次纳米结构的钛合金具有高强度，同时县有明显的延伸性。