【摘 要】
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非晶合金在宏观尺度通常表现出更为优异的力-物-化学性能,因此备受国内外学者的关注,但是其严苛的制备工艺及常温脆性等缺陷也制约其广泛应用。非晶合金独特的原子结构使其具有不同于传统多晶体合金的成型原理与变形机制,因此,探究非晶合金的玻璃形成能力与热力学特征之间的关系以及塑性形变中的剪切带演化对于认知非晶合金具有极大的意义。本文主要对以下两部分内容进行了研究:1)非晶合金的玻璃形成能力判据;2)不同非晶
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非晶合金在宏观尺度通常表现出更为优异的力-物-化学性能,因此备受国内外学者的关注,但是其严苛的制备工艺及常温脆性等缺陷也制约其广泛应用。非晶合金独特的原子结构使其具有不同于传统多晶体合金的成型原理与变形机制,因此,探究非晶合金的玻璃形成能力与热力学特征之间的关系以及塑性形变中的剪切带演化对于认知非晶合金具有极大的意义。本文主要对以下两部分内容进行了研究:1)非晶合金的玻璃形成能力判据;2)不同非晶合金模型剪切带演化的数值模拟。主要结论如下:1)基于经典形核理论,本文提出了一个与特征温度相关的玻璃形成能力判据v（28）（Tx-Tg）′Tg′Tx/（Tl-Tx）~3（其中,gT、xT和lT分别是玻璃转变温度、晶化开始温度和液相线温度）,并与文献报导的临界尺寸(Dmax)进行了相关性分析,得到判据与临界尺寸之间的线性关系。通过对十个基于临界尺寸推导的判据进行对比分析,新判据v与临界尺寸的总体相关性最优,通过其线性模型计算得到的Fe基非晶合金临界尺寸总体误差更小,表现出更为优异的适用性,用以评估玻璃形成能力的可靠性更好,可以在一定程度上减少测定临界尺寸的工作量。2)基于线弹性Hooke定律、Mohr-Coulomb屈服准则和自由体积模型,在UMAT中进行二次开发,建立了受正应力影响的非晶合金弹塑性本构模型。通过Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金单轴压缩下剪切带内外不同点位的应力-应变关系的模拟结果,分析了应变软化现象与自由体积之间的关系,得到了与实验现象较为吻合的结果,验证了程序的正确性。本文分别分析了理想均质模型、非均质模型与带孔模型在平面应变状态下的力学行为,理想均质模型所施加的压缩应变率增加会造成峰值应力增加,自由体积变化增大,剪切带局部化更明显,剪切带传播始终偏离最大剪应力方向,与铅垂面角度<45;组织结构不均匀所引起的自由体积偏置分布会形成初始自由体积扰动会,从而干扰剪切带的初始萌生位点,初始扰动点数量会加剧剪切带演化,造成承载应变增加;淬火过程中所形成的局部孔洞结构的形状与数量会影响剪切带演化,空洞对传播方向干扰较小,但会造成峰值应力与自由体积变化增加,形成局部应力集中,材料更容易发生失稳。
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