單相大塊金屬玻璃的塑性變形.pdf

1、金屬玻璃具有獨特的力學性能，如高的屈服強度、高硬度和大的彈性應變。然而由于應變軟化或熱軟化，在室溫下，大塊金屬玻璃的所有塑性變形都局域在剪切帶中，剪切帶承載大量變形。當剪切帶中的變形量超過某一臨界值時，裂紋產生擴展，最終導致金屬玻璃發(fā)生斷裂。由于沒有加工硬化機制的存在，在單向應力作用下大塊金屬玻璃通常表現為突然的脆斷。因此大塊金屬玻璃的拉伸塑性應變通常為零，壓縮塑性應變通常小于2％。為了克服金屬玻璃的這一缺點，人們在金屬玻璃中引入微米或

2、納米尺度的結構不均勻性來阻止剪切帶的失穩(wěn)擴展，制備了塑性增強的金屬玻璃復合材料。然而單相塑性金屬玻璃卻很少被報道，盡管單相金屬玻璃具有重要的科學意義和潛在的應用價值。在本論文中我們探索了提高單相金屬玻璃塑性的方法并研究了單相金屬玻璃塑性提高的機理。本論文中主要的結果如下：(1)通過采用熱傳導系數高的氦氣作為吹鑄氣氛提高金屬玻璃的冷卻速度制備了塑性增強的單相大塊金屬玻璃。由這種方法實現的單相大塊金屬玻璃塑性的增強并不是由納米晶和相分離導致

3、，而是源于自由體積的增多。(2)通過微量添加Ti元素制備了塑性變形能力優(yōu)異的單相Cu45Zr46Al7Ti2大塊金屬玻璃。該金屬玻璃表現出32.5％的壓縮塑性應變，并能發(fā)生彎曲和扭轉變形。該合金優(yōu)異塑性源于原子半徑較小的Ti元素的添加引入的大量自由體積。(3)通過在加載過程中引入應力梯度可以導致多重剪切的產生從而增強單相金屬玻璃的塑性應變。引入應力梯度可以通過改變加載方式或樣品幾何形狀。通過引入應力梯度不僅可以在壓縮中產生多重剪切，同樣

4、可以在拉伸過程中引入多重剪切。通過引入應力梯度不僅可以提高宏觀塑性應變同時也可以獲得宏觀加工硬化現象。(4)預應力可以引起金屬玻璃中名義硬度的較大變化，拉應力使硬度降低，壓應力使硬度升高。和晶態(tài)材料中的情況不同，預應力可以導致金屬玻璃中真實硬度的變化。預加應力導致擠出(Pile-up)和沉陷(Sink-in)現象的變化，這種現象的大小可以由名義硬度和真實硬度的差值(AH)描述。在本文研究的應力范圍內△H隨預加應力線性變化。有限元計算表明