非晶合金的形变机理研究及CuZr基块体非晶合金的制备

作     者：平志海 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：龙志林

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：非晶合金 逾渗模型 韧脆转变 屈服准则 

摘      要：自块体非晶合金被首次发现以来,就因其优异的理化性质和力学性能备受青睐。非晶合金这特有的性能来源其与生俱来的原子结构:短程有序,长程无序。然而大部分的非晶合金都有较差的室温塑性,即较脆,这一缺陷也极大地制约了此类材料的进一步开发和应用。时至今日,对非晶合金微观结构的探索和塑性流动机制的研究一直是人们关注的热点,尽管已经提出众多结构模型和塑性流变理论,但还没有一个理论或模型能完整诠释非晶合金在其服役过程中所表现出来的力学、物理及化学行为。本文一方面,基于经典的BDT逾渗理论和已有的非晶合金塑性流变理论模型,提出了以非晶合金为逾渗体系的新的非晶合金塑性屈服逾渗模型,对非晶合金的屈服行为进行了微观研究。另一方面,从非晶合金拉伸和压缩的宏观断裂特性出发,分析了不同屈服准则在非晶合金拉压实验过程中的适用性。另外,研制了一些新颖块体非晶合金。本文主要内容和研究结果总结如下:1)首先介绍了非晶合金的研究历程、性能和应用,以及重要的结构模型等;其次详细地分析了非晶合金中两种重要的流变现象和相关流变理论模型与逾渗理论;最后建立了一个新的非晶合金屈服的逾渗模型,并细致研究了非晶合金韧脆转变的临界现象。2)以非晶领域内的自由体积理论、STZ理论和流变单元理论为基础,基于经典的BDT逾渗理论,建立了非晶合金塑性屈服的逾渗模型,并提出几个有意义的微观结构参数。3)研究中发现,非晶合金的塑性变形能力与其内部的结构“缺陷——流变单元的尺寸和分布有关。通过对94种不同体系不同成分的非晶合金进行韧脆转变机理研究,发现同一体系的非晶合金,其内部的流变单元尺寸受合金成分内主要占比的元素影响。还发现非晶合金的韧脆转变阈值(φSC～0.515)与其塑性屈服的临界约化自由体积x～0.024类似,都是非晶合金的固有性质。4)非晶合金的剪切断裂的拉压不对称性源于其独特的微观原子结构,但利用改进后的Mohr-Coulomb(M-C)准则、Drucker-Prager(D-P)准则和新发展的椭圆准则却能很好地解释这种独特现象。将改进后的三种准则所计算的预测值与拉压实验的实验值比较,发现单轴压应力作用下,D-P准则更适用作为非晶合金的屈服准则;单轴拉应力作用下,椭圆准则更适用。5)成功研制了 Cu45Zr55-xAlx(x=5、6、7、8、9和10 at.%)块体非晶合金系,最大非晶临界直径不低于8 mm。