基于三维数字图像相关方法的锆基非晶合金变形机理研究

摘要

非晶合金具有很好的物理、化学及力学性能，在很多领域都具有潜在的应用价值。然而非晶合金在室温塑性较差，而在过冷液相区中却表现出良好的塑性，甚至还可以表现出超塑性，利用非晶合金在过冷液相区的良好塑性可对其进行成型加工。已有的研究结果表明，非晶合金在过冷液相区的塑性强烈的取决于温度和应变速率，同时在变形过程中，还会引起非晶结构的变化。因此，深入研究非晶合金在过冷液相区中的变形行为及其组织结构的变化，对深刻认识非晶合金在过冷液相区的塑性变形机理和组织稳定性有重要意义。
　　本文采用数字图像相关方法，对锆基非晶合金在过冷液相区的拉伸变形过程进行研究。并利用XRD、DSC和显微硬度等检测手段，分析变形后合金的微观结构、晶化放热焓、自由体积以及显微硬度。其主要结论如下：
　　(1)采用ARAMIS三维应变测试分析系统对Zr基非晶合金的室温拉伸过程中全场应变进行分析研究，结果表明，该条件下试样的弹性变形极限达2％，弹性变形过程中试样局部变形量分布不均匀，最大局部变形量达3.13%。
　　(2) Zr基非晶合金在过冷液相区中的非牛顿流变过程及其显微组织演变研究：采用ARAMIS三维应变测试分析系统对Zr基非晶合金在400℃,-3-1e=1′10 s的变形过程中全场变形进行分析研究，其研究结果表明，在该条件下试样的变形机制为非牛顿流变，整体变形量为103%，试样变形不均匀，其最大局部变形量达243.3%，随着变形量的增大，非晶合金的纳米晶化程度越大。对该条件下的非晶合金进行分阶段研究，其晶化放热焓和自由体积结果表明，试样的晶化放热焓和自由体积都是先升高后降低，其在应力过冲阶段完成时，变形量最大区域达到最大值，在样品断裂后，变形量最大区域趋于最小值。
　　(3)温度对Zr基非晶合金变形机理及组织稳定性研究，在360℃-400℃温度范围内，应变速率 se-4-1=1′10条件下对Zr基非晶合金的拉伸性能进行测试，并对不同温度和不同变形量合金的显微组织进行了分析，其结果表明，在速率不变的条件下，温度低于380℃时，试样表现为非牛顿流变。当温度等于或高于380℃，其变形模式转变为牛顿流变。非牛顿流变模式下，随着变形量的增加，自由体积和晶化放热焓增加，而牛顿变形模式下，试样的自由体积和晶化放热焓减少，试样的晶化率随着变形量的增加而增加。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 非晶合金的历史与发展现状

1.2 非晶合金的结构、性能及应用

1.3 非晶合金的制备方法

1.4 块体非晶合金的自由体积

1.5 大块非晶合金的过冷液相区的超塑性变形

1.6 ARAMIS三维变形分析测试系统测试原理及优点

1.7 本论文的创新点研究内容及研究意义

第2章 Zr60Cu25Al10Fe5块体非晶合金的制备及其特性表征

2.1 引言

2.2 合金成分的选择

2.3 非晶合金的制备及表征

2.4 本章小结

第3章 Zr基非晶常温拉伸变形行为研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 实验结果及分析

3.4 本章小结

第4章 Zr基非晶合金在过冷液相区拉伸变形过程研究

4.1 引言

4.2 高温试验方法

4.3 实验结果

4.4 结果分析及讨论

4.5 本章小结

第5章 Zr基非晶合金非牛顿流变过程中自由体积变化研究

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 实验结果

5.4 结果分析与讨论

5.5 本章小结

第6章 温度对Zr基非晶合金在过冷液相区变形机理的影响

6.1 引言

6.2 实验方法

6.3 实验结果及讨论

6.4 结果分析及讨论

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录：硕士期间发表的论文