《多孔W/Zr基非晶合金複合材料的原位微觀力學行為研究》是依託北京理工大學，由薛雲飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多孔W/Zr基非晶合金複合材料的原位微觀力學行為研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：薛雲飛
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
與傳統金屬基複合材料相比，非晶合金複合材料的母相（非晶合金相）具有更高強度和無明顯延展性的特點，這必然會導致這兩類複合材料表現出極大的力學行為差異。掌握非晶合金複合材料內殘餘應力分布和形變過程中兩相微應力演化規律及對應的微觀組織變化是深入理解其變形、斷裂機理的關鍵。本項目擬以多孔W/Zr基非晶合金複合材料為研究對象，並對其進行靜液擠壓強化處理，考慮形變強化複合材料微觀結構的各向異性，利用原位同步輻射高能X射線衍射技術，通過研究上述複合材料內部殘餘應力大小、分布和形變過程中兩相微應力演化、載荷傳遞和承載分布等微觀力學行為的區別與聯繫，揭示擠壓前後多孔W/Zr基非晶合金複合材料基於多種微觀組織量控制的微觀力學行為，闡明該複合材料產生極大壓縮塑性的物理本質和靜液擠壓強化的物理機制。
結題摘要
與傳統金屬基複合材料相比，非晶合金複合材料的母相具有更高強度和無明顯延展性的特點，因而其力學行為明顯不同於傳統金屬基複合材料。本項目以鑄態和靜液擠壓預變形多孔W/Zr基非晶合金複合材料為研究對象，採用基於同步輻射的高能X射線衍射技術（HEXRD）和有限元模擬方法（FEM），重點分析了複合材料熱殘餘應力的大小、分布，以及準靜態載入過程中兩相的應力演化、載荷傳遞和承載分布等微觀力學行為。 主要研究成果如下： 對鑄態複合材料進行熱殘餘應力分析，發現三個主應力方向上，W相受壓應力，非晶相受拉應力。隨著W相體積分數（Vf）的增加，W相熱殘餘應力降低，而非晶相中的熱殘餘應力增加。相比鑄態複合材料，預變形複合材料中W相的熱殘餘應力略有降低，說明因靜液擠壓引起的殘餘應力可忽略不計。 在室溫單次壓縮實驗中，由於兩相彈性應變不匹配，鑄態複合材料在變形初期，W相是主要承載相，隨著外加應力的增加，W相首先發生屈服，隨後非晶相成為主要承載相，非晶相的屈服強度高於複合材料的屈服強度。預變形複合材料兩相應力承載過程與鑄態複合材料相似，但非晶相的屈服強度低於複合材料的屈服強度。與相間微應力相比，W相的晶粒取向相關微應力始終較低。 循環壓縮實驗條件下，W相屈服強度隨Vf的增加而降低，而加工硬化程度隨Vf的增加而更加明顯，這是由於未屈服的非晶相對W相位錯的擴展形成阻礙，從而提高了W相屈服強度；而在非晶相屈服之後，阻礙位錯擴展的能力減弱，位錯傾向於在W相內部纏結。由於兩相體積分數差異和兩相應力不匹配，導致非晶相的屈服強度隨Vf的升高而降低。 預變形複合材料中W相及非晶相的屈服強度均明顯高於鑄態複合材料，說明預變形對W相的強化作用明顯，從而提高了預變形複合材料的整體屈服強度。變形過程中，被拉長的非晶相受到W相的高側向約束，導致非晶相塑性的提高。由於兩相應力不匹配現象減弱，故兩相界面處未發生明顯的應力集中，界面不易分離，因此預變形複合材料的塑性較鑄態複合材料並無明顯降低。
