块体非晶合金中应力诱发的结构演化特性研究

摘要

块体非晶合金具有高强度、高硬度等优异力学性能,但是其室温塑性变形能力很差,这个特点制约了它在工程材料领域中的应用。块体非晶合金的室温塑性变形是通过剪切带来实现的,其应力诱发的微观结构演化对剪切带空间增殖有关键性的影响。本文通过宏观力学性能测试的压缩实验和微观力学性能测试的纳米压入实验来研究非晶合金应力诱发的微观结构演化特性。
　　本文采用块体非晶合金Zr52.5Al10Cu17.9Ni14.6Ti5(Vit.105)作为实验研究对象,利用 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及差热分析仪(DSC),表征块体非晶合金应力诱发的微观结构演化特性。其研究结果表明:
　　对Vit.105棒状块体非晶合金的小高径比(h/r=0.6)试样进行不同加载速率的循环加载,从应力-应变曲线中发现有明显的滞弹性现象,而且滞弹性是随着加载速率的增加反而减小,循环加载过程中的能量消耗ΔE值与加载速率成反比,这与传统晶态金属合金材料的滞弹性相反,表明在本实验的加载速率范围内,能量消耗ΔE应该与应力作用时间有关。分析表明,在非晶合金的塑性流变过程中,不仅剪切带内部在演化,剪切带外部区域也会一直受到弹性应力的作用,从而剪切带外部区域的微观结构也在发生变化,这种变化会使自由体积增加;循环加载过程中的能量消耗ΔE值可以作为表征非晶合金剪切带空间增殖能力的一种参数,能量消耗ΔE值越高块体非晶合金的剪切带空间增殖能力越强。
　　对 Vit.105板状块体非晶合金试样进行纳米压入实验,采用控制载荷模式的实验方法。实验结果表明,随着加载速率和保载载荷的增大,蠕变现象越明显,而热处理对试样的蠕变行为的影响不明显。分析表明,应变速率敏感系数m值的动态值可以表征非晶合金的微观结构演化,m值越大对应于非晶合金剪切带空间增殖能力越强,m值越小对应于非晶合金剪切带空间增殖能力越弱。

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第一章 绪论

1.1块体非晶合金的历史与发展及应用

1.2非晶合金的形成理论和影响因素及判断因素

1.3块体非晶合金的性能特征

1.4块体非晶合金的室温塑性与微观结构

1.5块体非晶合金剪切带变形的微观机制模型

1.6块体非晶合金的蠕变行为

1.7块体非晶合金塑性流变过程中的剪切带增殖

1.8块体Zr基非晶合金塑性变形的研究进展

1.9本文研究目的、意义及研究内容

第二章 试样的制备和实验方法

2.1试样的制备

2.2试样的微观结构分析方法

2.3纳米压痕实验方法

第三章 锆基非晶合金准静态压缩过程中的滞弹性

3.1引言

3.2检验试样是否程非晶态

3.3滞弹性实验研究方案

3.4不同加载速率时Vit.105合金试样在循环压缩加载模式下的滞弹性

3.5应力作用时间对非晶合金结构的影响

3.6弹性应力对块体非晶合金微观结构的影响

3.7非晶合金滞弹性与微观结构演化的关系

3.8本章小结

第四章 非晶合金的蠕变现象

4.1引言

4.2纳米压痕实验试样的热处理工艺确定

4.3纳米压痕实验方案

4.4热处理后的非晶合金试样蠕变结果分析

4.5块体非晶合金应变速率敏感系数m的意义及测定方法

4.6热处理对非晶合金应变速率敏感系数m的影响

4.7非晶合金微观结构演化过程及对剪切带空间增殖的影响

4.8本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢