锆基非晶合金压力敏感特性及其影响因素

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非晶合金具有极高的强度、耐磨和耐腐蚀等优异的性能,作为结构材料具有潜在的应用前景。然而非晶合金室温塑性极差,限制了其在实际中的应用。已有的研究结果表明,非晶合金是一种压力敏感性材料,压力敏感因子对其塑性变形和断裂特性会产生重要影响。深入研究压力敏感因子的物理本质及其影响因素,对深刻理解非晶合金的变形机理有着重要意义。本文采用压痕法对Zr基非晶合金压力敏感因子进行了测试,并研究了结构弛豫和环境温度对非晶合金压力敏感特性的影响,初步分析了外载荷以及结构弛豫对非晶变形的影响,同时分析了硬度和剪切带形貌与压力敏感因子的关联。主要结论如下:(1)采用水冷铜模吸铸法制备了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10两种非晶合金。对两种Zr基非晶在523-633K间进行四种不同温度的恒温退火,得到了不同弛豫程度的合金,经XRD检测后仍为非晶。并对其进行DSC测试,发现随退火温度的升高其结构弛豫程度增加。(2)研究了外载荷和结构弛豫对非晶压力敏感特性的影响。结果表明对同一非晶而言,随非晶结构弛豫程度的增加,压力敏感因子随之增加。对于结构弛豫程度相同的非晶而言,随着外载荷的增加,非晶变形过程中原子之间的摩擦力增加,从而导致其硬度增加。当非晶内部原子间的摩擦力达到临界值时,其硬度趋于定值。对于同一非晶而言,随着结构弛豫程度的增加,非晶内部自由体积逐渐减少,表现为非晶的硬度逐渐增加,压痕周围剪切带的数量减少,剪切带的平均间距随之增加,剪切带衬度逐渐降低。(3)研究了环境温度(273-373K)对非晶压力敏感特性的影响。结果表明对同一非晶而言,随环境温度的升高,压力敏感因子的变化不大。但受材料内部热激活的影响,随着环境温度的升高,非晶的硬度逐渐降低,压痕周围剪切带的数量逐渐增加,剪切带的平均间距逐渐降低。
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