【摘 要】
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具有形变诱发相变行为的内生非晶复合材料因其优异的性能和广泛的应用前景而倍受关注。内生CuZr基非晶复合材料作为其重要的一员,其中的亚稳CuZr相在受力条件下能够发生B2到B19’马氏体相变,从而获得良好的塑性变形能力和加工硬化能力。但是形变诱发相变行为的动力学特征及其对复合材料变形的作用机理目前尚不清楚。中子衍射技术在原位研究材料的变形行为等方面具有很强的优势,特别是中子极强的穿透能力可以获得外部
【基金项目】
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国家留学基金委的“建设高水平大学公派研究生项目”（项目编号:201406080046）；
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具有形变诱发相变行为的内生非晶复合材料因其优异的性能和广泛的应用前景而倍受关注。内生CuZr基非晶复合材料作为其重要的一员,其中的亚稳CuZr相在受力条件下能够发生B2到B19’马氏体相变,从而获得良好的塑性变形能力和加工硬化能力。但是形变诱发相变行为的动力学特征及其对复合材料变形的作用机理目前尚不清楚。中子衍射技术在原位研究材料的变形行为等方面具有很强的优势,特别是中子极强的穿透能力可以获得外部环境下材料三维空间内部微观组织与结构变化的信息。此外中子衍射可以通过测量原子点阵应变来估算内应力的大小从而获得材料的应力分布情况。因此本文利用原位中子衍射技术研究了 B2-CuZr相及不同成分的内生CuZr基非晶复合材料在循环加卸载条件下的相变行为和微观力学行为。通过对含有单一B2-CuZr相的CuZr基合金的原位压缩中子衍射实验研究发现,B2-CuZr相在加载过程中能够发生马氏体相变,而在卸载过程中生成的马氏体相则发生逆相变。在循环加卸载中产生的残余应力及残余马氏体降低了B2-CuZr相马氏体相变所需的临界应力。B2-CuZr相和新生成的马氏体相之间的应力分配主要受到弹性各向异性、马氏体相变的各向异性以及马氏体相生成的影响,而伪弹性则主要是由可逆的马氏体相变造成的。通过原位中子衍射对Cu46.5Zr46.5Al7非晶复合材料的循环加卸载的实验研究发现复合材料的非晶基体限制了 B2-CuZr相的马氏体相变和塑性变形。根据加工硬化率的变化,非晶复合材料变形可分为四个阶段。第一个阶段为弹性变形阶段。第二个阶段加工硬化率快速降低,这是由非晶基体中剪切带的萌生导致非晶相软化造成的。第三个阶段加工硬化率的降低趋势有所减缓,这是因为B2-CuZr相的塑性变形使应力从因剪切变形发生软化的非晶相传递到了增强的晶体相。在最后的阶段,加工硬化率的降低趋势进一步减缓,这是因为大量马氏体相的生成以及B2-CuZr相的进一步塑性变形提高了晶体相自身的加工硬化程度,弥补了非晶基体的软化。非晶复合材料不同变形阶段的微观结构演变很好地契合了加工硬化率的变化趋势。在Cu46.5Zr46.5Al7非晶复合材料的基础上用微量的Nb元素和Ta元素替换Zr元素制备出Cu46.5Zr45.5Al7Nb1和Cu46.5Zr45Al7Nb1Ta0.5非晶复合材料。前者B2-CuZr相的体积分数由Cu46.5Zr46.5Al7非晶复合材料的40%提高到了 52%,而后者降低到了 10%,塑性变形能力由3.8%分别降低到1.4%和1.32%。Cu46.5Zr45.5Al7Nb1非晶复合材料的塑性变差主要是由于B2-CuZr相的严重偏聚,而Cu46.5Zr45Al7Nb1Ta0.5非晶复合材料的塑性变差是因为少量的B2-CuZr相无法有效地拦截非晶基体中剪切带的扩展。但是 Cu46.5Zr45.5Al7Nb1和Cu46.5Zr45Al7Nb1Ta0.5非晶复合材料的塑性能力相差不大,是由于Ta元素的添加促进了 B2-CuZr相尺寸均一化和分布均匀化,提高了第二相与非晶相的接触面积,促进其与非晶相之间的协调变形。
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