一种铁基块体金属玻璃纳米压痕蠕变行为的加载速率敏感性(英文)

通过纳米压痕蠕变实验研究了加载速率对{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体金属玻璃室温蠕变变形的影响。结果表明,该铁基块体金属玻璃的蠕变变形随着加载速率的增加而增大。此外,根据经验幂率函数计算得到了材料室温蠕变应力指数,当加载速率从1mN/s增加到50mN/s时,应力指数从28.1逐渐下降到4.9,显示出显著的压痕加载速率敏感性。最后,基于自由体积理论和剪切转变区理论对该铁基块体金属玻璃的纳米压痕蠕变行为进行了探讨,并对实验结果和分析结果提供了半定量的解释。     

Zr基块体金属玻璃蠕变行为的纳米压痕研究

在本工作中,通过纳米压痕实验研究了加载速率和保载时间对(Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体金属玻璃（BMG）的蠕变变形行为的影响。实验结果表明,合金试样的蠕变位移随着加载速率或保载时间的增加而增大。另一方面,合金样品的硬度（H）也随着加载速率或保载时间的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有尺寸效应,合金试样的硬度随着压痕深度的增加而降低。合金试样在纳米压痕过程中具有锯齿流动现象,并且该现象具有速率依赖性。具体而言,随着加载速率的减小,锯齿流动现象更加明显。合金试样的蠕变应力指数随着加载速率或保载时间的增加而减小。     

一种Zr基块体金属玻璃的纳米压入蠕变行为研究

通过斜坡-保载的球形纳米压痕法研究了Zr55Cu28Ni5Al10Nb2块体金属玻璃的室温蠕变行为。蠕变实验同时考虑了加载速率和峰值载荷水平的影响,并采用基于弹性-粘弹性对应原理的现象学法来描述材料的压痕蠕变行为。结果显示,蠕变位移显示了明显的速率和载荷依赖性。五组元Kelvin模型能很好地拟合蠕变位移-时间数据,不同加载速率条件下的拟合-预测效果非常好。对于缓慢的加载过程,斜坡段对蠕变行为的影响不可忽略。     

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...     

加载速率和峰值载荷对DD407镍基单晶高温合金纳米压痕蠕变行为的影响

在加载速率500～6000 uN/s和峰值载荷4000～12000 uN的条件下进行纳米压痕蠕变实验,研究DD407镍基单晶高温合金在室温下的蠕变行为.结果表明:DD407镍基单晶高温合金具有良好的蠕变抗力性能,但其蠕变性能对加载速率和峰值载荷敏感.依据Findley模型,得到拟合的蠕变参数随着加载速率和峰值载荷的增加...     

含B2-CuZr相CuZr基块体金属玻璃复合材料应变速率敏感性的变化

通过应变速率跳跃模式下的单轴压缩试验,研究了含有不同体积分数B2-CuZr相的CuZr基块体金属玻璃复合材料的应变速率敏感性。研究结果发现,随着B2-CuZr相体积分数的增加,在3.7×10?5 s?1至3.7×10?3 s?1的应变速率范围中,该复合材料的应变速率敏感指数可由负值变化为正值。但是,对于B2-CuZr相体积分数高达约80%的复合材料,其应变速率敏感指数的正值仍然是反常的低。这一现象与B2-CuZr相自身力学行为所呈现的有限应变速率依赖性有关,是由于变形过程中B2-CuZr相的马氏体相变效应所致。研究结果显示,CuZr基块体金属玻璃复合材料的极限应变速率敏感性受制于B2-CuZr相。     

热膨胀法研究一种Ti基块体金属玻璃的结构转变行为（英文）

利用真空电弧熔炼和喷铸方法制备了直径为3 mm的Ti40Zr25Ni8Cu9Be18大块金属玻璃棒材。在推杆式热膨胀仪上利用连续升温热膨胀方法研究了该Ti基金属玻璃的结构转变行为。研究发现,该非晶合金的结构转变行为分为5个不同的阶段,分别为弛豫准备阶段,结构弛豫阶段,一级晶化阶段,二级晶化阶段和晶粒长大阶段。TEM观察发现,热膨胀后形成了20 nm左右的纳米晶。研究还发现,该Ti基金属玻璃热膨胀曲线上的特征温度与DSC曲线上的特征温度具有很好的一致性。     

高强韧Ti-Ni基块体金属玻璃复合材料高温变形行为

采用水冷Cu坩埚悬浮熔炼-Cu模吸铸法制备了Ti-Ni基块体金属玻璃复合材料(BMGCs)试棒,研究了合金的微观组织、热力学行为以及室温和高温力学性能。结果表明,该铸态合金组织由非晶基体和过冷奥氏体及热致马氏体组成,且晶体相尺寸由表及里增大。在室温压应力加载时,合金表现出优异的综合力学性能,其屈服强度为1286 MPa,断裂强度为2256 MPa,且塑性应变为12.2%。在过冷液相区压应力加载时,合金在高的变形温度和低应变速率下,表现出近Newtonian流变特征,其最佳变形温度为T480℃且与过冷液相区(SLR)的交集部分。温度为560℃、应变速率为5×10-4s-1时,合金应力敏感指数m和能量耗散率y分别为0.81和0.895。     

高强度Fe-(P,C)基块体金属玻璃的形成(英文)

采用铜模吸铸法制备不同直径的Fe71Mo5-xNbxP12C10B2(x=1～5)合金棒。利用X射线衍射、差热分析和压缩测试等手段分别研究Nb替换Mo对Fe71Mo5P12C10B2合金的结构、热稳定性及室温力学性能的作用。结果表明:随着Nb含量的增加,合金的玻璃形成能力有所降低,而断裂强度逐步增加;Fe71Mo2Nb3P12C10B2金属玻璃的断裂强度高达4.0GPa,且具有1%的室温压缩塑性。Fe-P-C基块体金属玻璃断裂的强度提高的原因主要是由于Nb替换Mo有利于形成似网格状结构且增强原子间结合力。     

含B2-CuZr相CuZr基块体金属玻璃复合材料应变速率敏感性的变化（英文）

通过应变速率跳跃模式下的单轴压缩试验,研究了含有不同体积分数B2-CuZr相的CuZr基块体金属玻璃复合材料的应变速率敏感性。结果发现,随着B2-CuZ r相体积分数的增加,在3.7×10-5 s~(-1)至3.7×10-3 s~(-1)的应变速率范围中,该复合材料的应变速率敏感指数可由负值变化为正值。但是,对于B2-CuZ r相体积分数高达约80%的复合材料,其应变速率敏感指数的正值仍然是反常的低。这一现象与B2-CuZ r相自身力学行为所呈现的有限应变速率依赖性有关,是由于变形过程中B2-CuZ r相的马氏体相变效应所致。研究结果显示,CuZr基块体金属玻璃复合材料的极限应变速率敏感性受制于B2-CuZr相。     

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.     

U_(65)Fe_(30)Al_5非晶合金的纳米压痕蠕变行为研究

在室温下利用纳米压痕测试技术研究了峰值载荷和加载速率对U65Fe30Al5新型非晶合金蠕变行为的影响规律。结果表明,随着峰值载荷和加载速率的增加,在相同蠕变时间内,蠕变位移呈增大趋势,但当加载速率高于特定阈值时,蠕变位移不再增大。通过蠕变经验公式拟合发现,蠕变过程的应力指数随峰值载荷的增加不断变大,但随加载速率的增加先减小后基本恒定。与常规晶态合金相比,U65Fe30Al5非晶合金具有更大的应力指数,这反映出后者内部结构中富含自由体积。     

Co_(56)Ta_(35)B_9非晶合金薄膜纳米压痕蠕变行为研究

在不同衬底温度(298、373和473 K)下,采用磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备了Co_(56)Ta_(35)B_9非晶合金薄膜。利用纳米压痕技术研究了非晶合金薄膜的蠕变行为。结果表明:薄膜的模量和硬度随衬底温度的升高而升高。随着衬底温度的升高,薄膜在蠕变过程中的应变速率敏感指数降低,蠕变抗力增大,剪切转变区体积缩小,塑性降低。采用纳米压痕保载阶段的数据拟合延迟谱,发现衬底温度越高,对应的延迟谱的峰强越低,说明原子排列均匀,从而解释了其模量和硬度提高的原因。     

试样尺寸对镁基块体金属玻璃压缩力学行为的影响

研究试样直径和高径比对3种镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10压缩变形行为的影响,探讨镁基块体金属玻璃断裂模式的转变机制。压缩应力—应变曲线和断口扫描电镜观察结果表明:镁基块体金属玻璃Mg65Cu25Gd10、Mg65Cu20Ni5Gd10和Mg75Ni10Gd10在压缩条件下可在3个不同的变形阶段发生断裂,第1个是弹性变形阶段,在此变形阶段金属玻璃都以解理方式断裂,无塑性;第2个变形阶段的断裂为解理和剪切混合方式断裂,金属玻璃具有一定的剪切塑性变形;第3个变形阶段为稳定剪切锯齿塑性流变阶段,在此变形阶段金属玻璃都是以剪切方式断裂,具有稳定的塑性变形;镁基块体金属玻璃的断裂模式与尺寸有关,减小试样的直径和高径比都有利于块体金属玻璃由解理断裂向剪切断裂的转变,强度和塑性也相应地得到提高。     

Zr基块体金属玻璃的形成和性能

研究了一系列具有很强非晶形成能力（ＧＦＡ）和优异性能的块体金属玻璃（ＢＭＧ）及含有纳米晶的ＢＭＧ的制备过程,结果表明,对掺碳的Ｚｒ／Ｔｉ基ＢＭＧ,当碳含量（原子分数,％,下同）,在１－２时,合金具有很宽的过冷液相区（ＳＬＲ,晶化开始温度Ｔｘ和玻璃转变温度Ｔｇ之间的温区）和较高的约化玻璃转变温度Ｔｒｇ（Ｔｒｇ＝Ｔｇ／Ｔｍ）;当碳含量增至３－８时,合金为含有纳米晶ＺｒＣ的ＢＭＧ基复合材料。加Ｆｅ的Ｚｒ     

长径比和加载速率对铜基块体金属玻璃室温力学性能的影响（英文）

通过单向压缩实验在试样长径比(H/D)和加载速率分别为1:1~2.5:1和1×10~(-5)~1×10~(-2)s~(-1)的条件下对Cu_(50)Zr_(40)Ti_(10-x) Ni_x(0≤x≤4,摩尔分数,%)块体金属玻璃的室温力学性能进行了系统研究。在长径比为1:1的情况下,当加载速率为1×10~(-4)s~(-1)时,Cu_(50)Zr_(40)Ti_(10)块体金属玻璃表现出超塑性;而Cu_(50)Zr_(40)Ti_(10-x) Ni_x(x=1~3,摩尔分数,%)块体金属玻璃在加载速度为1×10~(-2)s~(-1)的条件下出现超塑性;塑性应变(ε_p)、屈服强度(σ_y)和断裂强度(σ_f)显著地依赖于长径比和加载速率;当加载速率为1×10~(-2)s~(-1)时,长径比为1:1的块体金属玻璃的屈服强度几乎与其他长径比的块体金属玻璃的断裂强度接近;另外,本文作者也探讨了铜基块体金属玻璃力学性能对加载速率和长径比的响应机理。     

新型镍基块体金属玻璃的制备和性能

非晶态较之同成分的晶态合金具有更高的强度、更高的耐蚀性和优异的软磁性能,然而由于在生产时要求很高的冷凝速度而限制了其产品形状和尺寸,因而其应用范围也受到很大限制。为了克服这方面的问题,自上世纪80年代末期以来相继开发了一系列具有较高强度和良好软磁性能的过渡金属基(如Fe-、Co-、Cu-和Ni-基)块体金属玻璃,而且生产成本也较低。新近日本东北大学的研究者研究了一种Ni-Ta-基金属玻璃的合成、热稳定性及其力学性能,研究用的合金是由纯镍、纯钽、纯锆和纯钛配料在电弧炉氩气氛中熔炼的Ni60Ta40-xTix(x=0~40原子百分数)和Ni60T…     

Nd对Mg基块体金属玻璃的玻璃形成能力的影响

通过熔体铜型浇注方法制备了Mg65Cu25NdxY10-x(x=4,5,7,10)合金,并对它们的玻璃形成能力进行了研究。利用X射线衍射确定合金的结构组成,差示扫描量热计(DSC)分析合金的玻璃转变、晶化和熔化行为。结果表明:在Mg65Cu25NdxY10-x合金中,当x=5时,合金的非晶形成能力最强,玻璃形成的临界厚度大约为4.5mm,同时非晶的过冷液相区ΔTx和约化玻璃转变温度Trg均为最大,分别为54.5K和0.581。当x≥5时,随着Nd含量的增加,金属玻璃的玻璃转变温度Tg降低,过冷液相区ΔTx减小,约化玻璃转变温度Trg也随之相应地变化。     

分子动力学模拟金属玻璃压痕过程的应力晶化行为

采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟金属玻璃在压痕过程中的晶化行为,从微观结构演化的角度考察应力晶化过程中晶粒的形核、长大与合并的过程。局部较大剪切应力导致内部临近的非晶原子形成晶核,发生晶粒生长与合并的区域与Hertz理论符合。最终生成的晶粒具有面心立方结构,其(111)方向平行于剪切面。计算结果与文献中的实验现象一致,并且符合最小能量准则。     

冷却速率对ZrCuAlNiNb块体金属玻璃室温塑性及断裂强度的影响

通过水冷铜模吸铸法制备出了不同直径的Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10金属玻璃棒材,研究了冷却速率对该金属玻璃室温塑性及断裂强度的影响。结果表明,冷却速率从63K/s逐步增加至1000K/s,该金属玻璃室温压缩塑性却从0.41%显著增加到31.43%,其断裂强度也随之从1706MPa显著提高至2556MPa,两者均表现出对冷却速率有强烈依赖关系。差热分析揭示这种依赖关系归因于随着冷却速率的提高,该金属玻璃中自由体积显著增加。