内生钛基非晶复合材料拉伸性能的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:dqqwa
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由于非晶合金其独特的内部结构,使其具有非常好的力学性能,因为没有位错存在,其断裂强度几乎接近完美晶体的理论断裂强度,因此非晶合金刚被人们发现就引起了研究者们强烈的兴趣,一直以来非晶合金被认为是最具潜力的工程应用材料。单相非晶合金虽然具有很高的强度、硬度以及大的弹性极限,但是有一个致命弱点就是室温脆性,这一弱点不仅限制了非晶合金的广泛工程应用,也限制了研究者们对其变形机理的研究。本文通过向非晶合金中引入第二相形成非晶复合材料,明显改善了材料的塑性,在此基础上对复合材料的变形机理及第二相树枝晶大小对材料的塑性影响做了一定的探讨。通过制备一种新的非晶复合材料,该种复合材料含有体积分数为41%的树枝晶,树枝晶尺寸大约为0.8-1.2μm,这种材料不仅具有较高的拉伸强度,大约为1650MPa,在室温下还具有了一定的塑性,室温应变大约为2.5%。但是该种材料拉伸屈服后立即软化,没有加工硬化的现象出现,所以该非晶复合材料的变形行为简单分为两个变形过程来讨论:(1)弹性变形和(2)软化阶段。每个阶段都用了数学公式去描述。在过冷液相区(613K),非晶复合材料拉伸时没有发生像单相非晶合金那样的超塑性均匀流变。在过冷液相区拉伸时,非晶复合材料的力学性能受应变速率的影响,当应变速率从1×10-2/s降低到1×10--3/s时,屈服强度从1390MPa降低到960MPa,但是塑性几乎增加了近一倍。为了研究材料的变形机理,选用了一种塑性较大的非晶复合材料,其拉伸应变和强度分别达到7.6%和1510MPa。基于五个变形阶段:(1)弹性-弹性变形阶段,(2)弹性-塑性变形阶段,(3)塑性-塑性(屈服平台)阶段,(4)塑性-塑性(加工硬化)阶段,(5)塑性-塑性(软化)阶段,建立起了一种非晶复合材料变形模型。每个阶段都进行了详细的公式描述,阐明了非晶复合材料的变形机理。此外,还利用了有限元模拟软件对该模型进行了验算,实验、计算和模拟结果三者非常吻合。向非晶基底中引入晶体第二相能明显改善材料塑性,实验中制备了三种含不同树枝晶尺寸的非晶复合材料,拉伸实验结果表明不同的树枝晶尺寸将导致不同的力学性能,树枝晶尺寸与材料塑性的关系可以用抛物线来描述。将材料变形分为三个阶段,从树枝晶中位错及玻璃基底中剪切带的产生及演变出发,详细阐述了树枝晶尺寸与非晶复合材料塑性的关系。
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