非晶合金非連續性塑性變形動力學過程研究

《非晶合金非連續性塑性變形動力學過程研究》是依託上海大學，由王剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非晶合金非連續性塑性變形動力學過程研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王剛
• 依託單位：上海大學

中文摘要

壓應力屈服後的非晶合金往往呈現出非連續性的鋸齒流變。在由若干個彈性能聚集和釋放過程組成的鋸齒流變過程中，往往伴隨有剪下帶的形成與擴展。由於剪下帶呈隨機分布且擴展速度極快，同時鋸齒振幅分布也呈現出無規律狀態，因此定量分析非晶合金鋸齒流變極為困難。為此，我們將利用統計方法，對非晶合金的塑性流變動力學過程展開研究。通過改變外界條件和內部結構來干擾非晶合金的塑性流變行為。探索塑性動力學形態在時域（載入速率）和空域（塑性傳遞介質的空間分布）兩個方面隨外界條件和內部結構干擾而產生的演化規律。利用衍射方法和高分辨電鏡，原位觀察非晶合金在彈性變形直至屈服點的原子結構演化以及微觀結構改變對塑性動力學的影響。通過數字散斑相關方法觀察彈性場空間分布規律，進而基於剪下轉變區激活能模型闡述塑性傳遞介質空間分布及對塑性動力學行為的影響。為認知非晶合金的韌脆本質，從根本上提高其巨觀塑性奠定理論基礎。

結題摘要

非晶合金(也稱金屬玻璃)是一種亞穩態結構的材料。由於其與傳統晶體金屬不同，不具有晶界、位錯等典型晶體缺陷，故具有優異的綜合性能。但是，變形時的剪下局域化行為導致金屬玻璃的室溫變形能力極差。如果能解決其塑性較低的問題，它們極有可能取代很多傳統材料，在需要高性能結構材料的領域得到大規模套用。然而，目前在如何提高非晶合金塑性方面依然缺少被廣泛認可的理論。所以從彈性和塑性變形機制方面研究非晶合金力學性能，對於理解和提高非晶合金各種性能有著重要的意義。本項目採用壓縮實驗、彈性模量測試、數字散斑測試、高能X射線衍射和透射電子顯微鏡原位拉伸等技術，在較寬的溫度範圍內系統的研究了非晶合金的力學性能和結構演化。 壓縮實驗表明鋯基非晶合金隨著溫度的降低強度提高，塑性提高。對壓縮曲線中塑性區的分析發現，與剪下帶行為有關的鋸齒流變行為在203 K時發生了由混沌向自組織極限的轉變。研究發現剪下轉變區體積、剪下變形激活能、剪下帶的行為都與溫度的變化有密切的聯繫。 通過原位高能X射線衍射實驗研究了鋯基非晶合金的結構隨溫度的演化規律。當溫度高於玻璃轉變溫度時，非晶合金開始發生晶化行為，其結構發生改變，高能X射線衍射結果表現出非線性的變化規律。當溫度低於200 K左右時，衍射結果也表現出非線性的變化規律。這時非晶合金結構的有序度增加，原子所處的能態降低。更進一步，本研究基於協同轉變區模型，闡述了溫度−結構−性能三者間的聯繫。 在非晶合金中引入納米尺度的第二相顆粒來干擾剪下帶的形成和擴展。第二相顆粒是CuZr B2相結構。在剪下力作用下，B2相結構能夠產生無擴散型孿晶形變。這一孿晶形變能夠與具有較高剪下應變速率的非晶相剪下形變協同開動，進而遲滯了剪下帶的擴展。