Zr基块状非晶合金室温压缩与动力学特性研究

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块状非晶态金属合金是90年代发展起来的一种新型亚稳态材料,它突破了传统甩带非晶的尺寸限制,可以作为工程结构材料使用,因此引起了人们对其力学性能研究的极大兴趣。本文选取具有很强非晶形成能力和晶化热稳定性的Zr基块状非晶态金属合金作为研究对象,采用负压铜模吸铸法制备成非晶棒样品。采用X射线衍射仪进行物相鉴定后,对其分别进行单轴压缩和动力学特性研究实验。室温单轴压缩实验利用Instron Universal-Testing Machine(IUTM)和扫描电子显微术(SEM)研究了Zr65Al7.5Ni10Cu17.5块状非晶的室温单轴压缩变形和断裂行为。结果表明:该合金的室温压缩变形过程表现为弹性和塑性变形,弹性应变很大,可达到2%。并且宏观形貌观察发现样品表面形成与压缩方向呈约450的变形带。塑性变形主要集中在这一局部区域。塑性变形是以切变带粘性流层相对滑动的方式进行。在塑性变形阶段没有明显的加工硬化现象。塑性变形初期没有形成裂纹,当塑性变形积累到一定程度之后,裂纹在切变变形较大的区域表面形成。裂纹从萌生、扩展到断裂的时间极短。最终的断裂是流变积累和应力综合作用的结果。动力学特性实验是利用动态热分析仪(DMA)研究具有相同电子浓度、不同Zr、Al、Ni含量的三种非晶合金的贮存模量(G’),损耗模量(G”)和内耗(G”/G’)的动力学特性。结果表明,虽然三种非晶合金的电子浓度相同,但其动力学特性并不一样。在室温下,Zr含量最多的Zr63Ni18.5Al18.5非晶合金具有最高的G’;在加热速度为10℃/min、振动频率为5Hz的条件下,三种非晶均在300℃左右开始发生G”和内耗,G”和内耗峰对应的温度随Zr含量的减少向高温方向推移,并且峰值降低。结合X射线结构分析得出G’开始下降的温度为晶化温度,它低于G”和内耗峰对应的温度。G”和内耗峰并不是出现在晶化的开始,而是出现在晶化过程中。而三种块状非晶态金属合金弹性模量和内耗的不同,可能与其结构短程序有关。
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