锆基非晶合金的室温塑性锯齿流变行为研究

摘要

非晶合金具有高强度，高弹性极限，耐腐蚀性等优异性能，因此对于非晶合金的研究是目前材料科学中的热点话题。非晶合金原子排列的结构特点表现为长程无序。另外，非晶合金在热力学上的状态较不稳定，属于一种亚稳态材料，这导致它的应用受到一定的限制。对于非晶合金，由于其形成过程采用极速冷却仍保持液态相的原子排布，其微观组织不存在晶体结构中类似的晶体缺陷，因而表现出很多独特的性能。然而，非晶合金在室温下的低塑性严重制约了其在实际工程中的应用。现在，对于非晶合金的塑性变形研究仍不完善。本文通过对锆基非晶合金在不同加载条件和不同几何尺寸下进行压缩加载测试，从工程应力-应变曲线上的锯齿流变入手，结合数学方法以及表面形貌来对非晶合金的压缩变形机制进行分析。通过研究发现： 1、在工程应力-应变曲线中，标准锯齿数目 nN/?与应变速率呈现线性关系。另外，通过累计概率密度的参数值大小，可以预知剪切带交互作用以及规律。平均场理论实现了对不同应变速率下应力降和弹性能密度的调整拟合归一，这也为其它状态下的预测提供了很好的参照。同时，不同应变速率下的最大应力降和弹性能密度符合幂律分布规律。另外，非晶合金存在明显的负应变速率敏感性，这与材料在该应变速率下的锯齿流变特性联系密切，其数值大小可以在实验中通过测量曲线斜率获得。 2、在同一加载应变速率下，随着长径比的增加，塑性呈现逐步降低趋势；锯齿分布由规律整齐向无序混乱转变；锯齿幅值变化随着应变增加更加明显。在应力降直方统计图中，10 MPa以下的应力降大都呈现幂律分布，锯齿流变行为表现为自组织临界状态，而较大锯齿呈现高斯分布，锯齿流变行为表现为混沌状态。另外，通过不同变形量的加载，发现大致在2%应变时刻形成主剪切面。 3、在应变速率一定的情况下，随着长径比的增加，最大应力降幅值大小呈现先增后减的趋势，在长径比2.5:1达到极值。这是由于在长径比3:1条件下，剪切滑移极不稳定，在主剪切面形成后即断裂，几乎无室温塑性。 4、应变速率恒定，不同长径比试样通过平均场理论参数调节可以实现归一化，进而对该速率下其它长径比最大应力降的实现预测。同时，在其它长径比恒定情况下，不同应变速率通过参数调节也可归一化，实现了在某一长径比下对其它应变速率加载下最大应力降的预测。