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预制剪切带对块体非晶合金力学性能及锯齿流变行为的影响

袁旭东  
【摘要】:由于具有优异的力学性能比如高强度高硬度,块体非晶合金受到人们的广泛关注。但是由于其塑性变形集中在局域化的剪切带中,导致脆性断裂很容易出现,因此如何诱发多重剪切带和抑制主剪切带的迅速扩展成为提高其室温塑性重要手段。本课题通过超声波焊接和冷压等手段对块体非晶合金进行表面处理,可以有效的生成预制多重剪切带,从而提高其室温塑性。同时,针对其塑性变形机理进行分析并解析了应力-应变曲线中的锯齿流变行为。首先,通过真空电弧吸铸设备制备出Zr65Cu15Ni10Al10完全非晶合金板材,然后通过超声波焊接机器对非晶板材进行表面处理,从而在非晶合金板材表面引入均匀分布的表面缺陷,而表面缺陷附近可以产生预制剪切带区域,最终导致Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金板材的室温压缩塑性由6%提高至8%~10%。主要原因分析如下:(1)预制剪切带区域的存在使样品压缩变形时更容易生成多重剪切带,多重剪切带的相互作用也会使主剪切带的扩展变的稳定;(2)表面缺陷的产生还改善了样品表面的应力分布状态,使样品室温压缩变形时剪切带更容易稳定传播而不是迅速扩展成裂纹。其次,通过真空电弧吸铸设备制备出Zr56Co28A116和Zr65Cu15Nil0Al10非晶合金棒材,然后对其进行冷压处理促使其局部发生不均匀塑性变形,使得样品的非晶基体内产生预制剪切带区域。冷压后样品在塑性变形过程中预制剪切带更容易抑制主剪切带的快速扩展,同时诱发新的多重剪切带的生成扩展最终导致冷压后的样品比铸态样品的室温压缩塑性显著提高,Zr56Co28A116的室温压缩塑性由6%提高到12%;Zr65Cu15Ni10Al10样品的室温压缩塑性由11%提高至30%。通过锯齿流变行为分析冷压态与铸态样品的塑性变形过程,发现冷压态的样品剪切带演变过程表现出更稳定的锯齿流变行为,这是由于冷压后的非晶合金塑性变形过程中预制多重剪切带和新生成多重剪切带之间强烈的相互作用引起的,导致冷压后的非晶合金在变形过程中具有更稳定的剪切带扩展过程,因此表现出更好的室温压缩塑性,在室温压缩应力-应变曲线上表现为更加稳定的锯齿流变行为。最后,针对具有不同泊松比非晶合金(如Zr56Co28Al16、Zr65Cu15Ni10Al10、Cu46Zr46A18、Fe48Cr15Mo14Y2C15B6)进行冷压处理,找到冷压处理非晶合金的应用范围。发现具有大泊松比的Zr56Co28Al16、Zr65Cu15Ni10Al10和Cu46Zr46A18非晶合金棒材,在经过冷压处理后,均获得了预制剪切带,得到了较好的室温塑性,但是具有低泊松比的非晶合金难以诱发预制剪切带的生成,反而诱发大量裂纹,使得非晶合金在冷压处理过程中就发生了断裂。同时,针对具有相同且大泊松比的非晶合金来讲,其冷压后的室温塑性提高的程度不同主要归因于其剪切模量的不同。在冷压预处理过程中,具有低剪切模量的非晶合金更加容易诱发预制剪切带的生成,从而使得冷压后的样品具有更高的室温塑性。


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