Serrated Flow Model for Metallic Glasses under Compressive Loading

A rheological model is proposed that incorporates the serrated flow nature of metallic glasses. It involves the process of the nucleation, propagation and the arrest of a shear bands in the samples subjected to compressive deformation at room temperature. Numerical resolution of the constitutive equations resulting from the model is compared with the stress-strain curve obtained from in-situ nano-compression test in SEM of Zrbased metallic glass. Parametric identification method was applied and enabled us to release the physical parameters of the model. The obtained results showed that the model is adequately valid to describe the experimental data and the almost adjustable model parameters are physically meaningful and comparable to literature.     

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     

激光表面处理对工业级锆基块体非晶合金塑性变形能力的影响

目的 针对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金受到原材料中杂质元素和制备环境中氧元素的影响,其本征塑性变形能力较差的问题,研究激光表面处理对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金在压缩和拉伸条件下塑性变形能力的影响。方法 采用低纯原料制备工业级母合金锭子,利用铜模铸造法在低真空环境下制备工业级非晶合金试样,采用激光法对试样进行表面处理,利用万能试验机对激光处理试样的压缩和拉伸力学性能进行测试。通过X射线衍射仪和电子探针对试样的微观组织结构进行表征,采用扫描电镜对力学测试失效后试样的形貌进行微尺度观察。结果 经激光表面处理后影响区的深度约为150 μm,在影响区内铜元素的含量有所降低,但依然为非晶结构。在压缩条件下,未经激光表面处理的工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金的塑性应变为0,断裂强度为1 534 MPa。经过激光表面处理后,试样具有1%的塑性应变,屈服强度为1 337 MPa,断裂强度为1 562 MPa。在拉伸条件下,激光表面处理前后工业级块体非晶合金的塑性应变均为0,断裂强度也无明显变化,其平均值为1 379 MPa。结论 通过激光表面处理在工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金试样表面引起的成分变化和引入的残余应力状态,能够有效促使压缩载荷作用下剪切带的萌生,提高其压缩塑性变形能力。     

TiNb颗粒增韧铜锆基非晶复合材料的机制

采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)方法成功制备得到10%(体积分数)TiNb/Zr55Cu30Al10Ni5和TiNb/Cu46Zr42Al7Y5非晶基体复合材料。压缩力学实验表明,TiNb颗粒对Zr55Cu30Al10Ni5的增韧效果明显好于对Cu46Zr42Al7Y5。究其原因是Zr55Cu30Al10Ni5的塑性转变区域的长度Rp值高于Cu46Zr42Al7Y5,这就意味着TiNb颗粒分布在Zr55Cu30Al10Ni5的塑性转变区域的几率明显高于Cu46Zr42Al7Y5基体。因此,TiNb颗粒对Zr55Cu30Al10Ni5基体的增韧效果明显要好于Cu46Zr42Al7Y5。     

Influences of Strain Rates on Fracture Mechanism and Phase Separation in Hf-Based Bulk Metallic Glass

采用INSTRON-5569试验机和分离式霍普金森压力杆对Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10大块金属玻璃在不同应变速率下(10-4~103s-1)的压缩断裂行为进行了研究。准静态压缩条件下Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10大块金属玻璃不呈现应变速率敏感性,断裂强度值最高可达2400 MPa,动态压缩条件下金属玻璃的屈服强度达到2840 MPa。在断裂面上可观察到涟漪状和周期性条纹结构,涟漪状结构表明宏观为脆性断裂的金属玻璃在微观尺度上属于韧性断裂,周期性条纹结构与动态扩展裂纹前端和弹性波的相互作用有关。高的应变速率导致高的断裂强度和绝热温度,局部区域的绝热升温引起了压缩过程中Al的偏析和扩散,这对剪切带和裂纹的形成起到一定的影响。     

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。     

高Cu高强Zr基块体非晶合金的制备与力学性能

利用铜模铸造的方法制备了(Zr41.2Ti13.8Ni10Be22.5)1-x/87.5Cu12.5 x(x=1.6,6,11.2)块体非晶合金及其复相组织,分析了合金的相组成,热稳定性、力学性能及断口形貌.结果表明:随着铜含量的不断增多,尽管过冷液相区(ΔTx)逐渐增大,但非晶形成能力却不断下降.当合金的铜含量提高到18.5%时,非晶合金的压缩断裂强度达到2.2 Gpa,进一步增加铜含量到23.7%,压缩强度出现下降趋势.     

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。     

Hf—Ir和Zr—Os二元系金属玻璃的结晶行为

用电弧熔炼锤砧技术,在Ｈｆ－Ｉｒ和Ｚｒ－Ｏｓ二元合金系中制得新的金属玻璃,其成分范围是;Ｈｆ１００－ＸＩｒＸ,Ｘ＝２０－３０ａｔ％;Ｚｒ１００－ＸＯＳＸ,Ｘ＝２０－３０ａｔ％。作者用差示扫描量热计（ＤＳＣ）研究Ｈｆ１００－ＸＩｒｘ和Ｚｒ１００－ＸＯＳＸ（Ｘ＝２０,２５,３０ａｔ％）金属玻璃的结晶行为,测定结晶温度,结晶热和结晶激活能,并用Ｘ射线衍射技术分析Ｈｆ８０Ｉｒ２０和Ｚｒ７５Ｏｓ２５金属玻璃     

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。     

镁基大块金属玻璃的研究进展及其制备

介绍了镁基大块金属玻璃的发展、合金体系选择依据、制备方法、各种独特性能及其最新研究进展。总结出Mg-TM-Ln合金体系是最具潜力的镁基大块金属玻璃体系。介绍了目前镁基大块金属玻璃的研究重点及其发展趋势。     

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。     

New regime of homogeneous flow in the deformation map of metallic glasses: elevated temperature nanoindentation experiments and mechanistic modeling

The character of plastic deformation in metallic glasses is investigated through instrumented nanoindentation experiments on amorphous Pd₄₀Ni₄₀P₂₀ and Mg₆₅Cu₂₅Gd₁₀. Using a customized experimental apparatus, nanoindentation experiments have been conducted over four decades of indentation strain rate and from ambient temperature up to the glass transition, allowing rapid evaluation of an extensive deformation map with only small volumes of experimental material. At low rates and temperatures, inhomogeneous or serrated flow is observed, owing to the discrete operation of individual shear bands. Two distinct regimes of homogeneous flow can be identified. The first, expected, regime of homogeneous flow corresponds to the onset of viscous deformation at high temperatures and low rates, and is well described by existing mechanistic models. The second homogeneous regime occurs at high deformation rates even well below the glass transition, and arises when deformation rates exceed the characteristic rate for shear band nucleation, kinetically forcing strain distribution. By extending an existing model for glass deformation to explore shear band nucleation kinetics, this second regime is quantitatively rationalized and the natural frequency for shear band nucleation is extracted from the data. From this analysis the critical radius of a shear band as it transitions from nucleation to propagation is estimated to be in the submicron range.     

Tm对锆基块体非晶合金力学性能和腐蚀性能的影响

采用铜模负压吸铸工艺制备了(Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12)_100-xTm_x（x=0~5,原子分数）块体金属玻璃（BMG）合金,研究了Tm对合金力学性能和抗腐蚀性能的影响。结果表明,当Tm含量增加到3%时,其玻璃形成能力（GFA）和压缩塑性显著提高,但过量Tm会降低GFA。x=3时合金的最大过冷液相区宽度为100 K,抗压强度为1669 MPa,塑性应变为21.01%,远高于Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12 BMG的各项性能（67 K、1439 MPa和5.90%）。然而,电化学测试结果表明,x=3时的合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的耐腐蚀性不佳,且其耐腐蚀性和力学性能随Tm含量的变化趋势与预期不同。可能是由于过量添加稀土元素Tm,容易形成更多的氧化物,导致点蚀加剧。进一步添加Tm可以提高Zr基BMG钝化膜的完整性和耐点蚀性能,但力学性能不理想。     

新型块体非晶合金Cu43Zr43Al7Pd7的形成能力及力学性能和腐蚀性能研究

利用铜模吸铸法成功制备了直径达5mm的新型块体非晶合金Cu43Zr43A17Pd7.利用XRD,DSC,DTA研究了该台金的非晶形成能力(GFA)和热稳定性.结果表明,Cu43Zr43A17Pd7表现出较好的非晶形成能力,表征非晶形成能力的参数Trg和分别为0.61和0.417,过冷液相区△Tx达75K.单轴压缩实验和SEM断口观察表明,该合金具有良好的力学性能,材料压缩断裂应变量和断裂强度分别达到4.9%和1876MPa.利用动电位极化研究了该非晶合金在1mol/L H2SO4和3%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为.结果表明,非晶合金在这两种腐蚀介质中均存在自钝化现象,并形成较宽的稳定钝化区,钝化嚣电流密度在10-6-10-5 A/cm2间,远低于Cr18-Ni8不锈钢,表现出良好的耐蚀性能.     

Fe-C-Si-B-P-Cr-Mo-Al块体非晶合金的制备与压缩性能

采用工业原料通过水冷铜模铸造法制备了直径为5mm的Fe69C7．0Si3．5B4．8P9．6Cr2．1Mo2．0Al2．0块体非晶态合金,利用DSC,DTA和XRD对该非晶态合金的热稳定性进行了研究,其玻璃转变温度Tg,过冷液相区△Tx（=Tx-Tg）,约化玻璃转变温度Trg（=Tg／T1）和玻璃形成能力参数γ（=Tx／（Tg＋T1））分别为784K,27K,0．601和0．388,该非晶合金的晶化过程分为两个阶段：首先析出α-Fe相,随后Fe3C,Fe2P,FeB,Fe2B相同时析出,压缩性能测试显示该合金的断裂强度为3870MPa,Young’s模量为177GPa,弹性形变为2．1％,塑性形变为0．29％。     

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。     

Pd基大块金属玻璃过冷液相区与键参数的关系

通过计算机对Pd基大块金属玻璃的过冷液相区宽度△Tx的表达式进行回归处理分析，得到Pd基大块金属玻璃过冷液相区△Tx与反映合金混合热变化的3个键参数(电负性差△X、原子尺寸差的百分数δ和电子浓度n)之间存在如下关系：△Tx=29．36909 3602．45898(△x)^2 9992．76758δ^2-3．95897n^2/3，相关系数为97．2％。△Tx随多元合金的电负性差和原子尺寸差的百分数的增加而增加，而随电子浓度的增加而略有降低。