本文選題：非晶復(fù)合材料　切入點(diǎn)：動(dòng)態(tài)力學(xué)分析　出處：《西北工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：非晶復(fù)合材料內(nèi)部的雙相結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)于金屬玻璃的力學(xué)性能,其中Ti基非晶復(fù)合材料由于其較低的成本、高的比強(qiáng)度以及適中的楊氏模量等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但目前關(guān)于非晶復(fù)合材料的研究大多集中在制備工藝的改進(jìn)、新合金的開(kāi)發(fā)、微觀組織的調(diào)控對(duì)宏觀力學(xué)性能的影響等方面,而對(duì)合金在變形過(guò)程中的微結(jié)構(gòu)演化、過(guò)冷液相區(qū)以及枝晶軟化區(qū)內(nèi)的變形行為等尚未有系統(tǒng)研究。因此,本文在具體實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合數(shù)值計(jì)算和理論分析,以自行設(shè)計(jì)的Ti基非晶復(fù)合材料為研究對(duì)象,對(duì)其力學(xué)性能、流變狀態(tài)以及微觀組織的演變規(guī)律等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,以期為非晶復(fù)合材料的成分設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供一定的理論支持與實(shí)踐依據(jù)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.通過(guò)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析,系統(tǒng)研究了Ti50Zr20Nb12Cu5Be13非晶復(fù)合材料在不同溫度下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,將該非晶復(fù)合材料的狀態(tài)隨溫度變化分為三個(gè)區(qū)域:彈性態(tài)為主的區(qū)域,粘彈性為主的區(qū)域,隨晶化彈性態(tài)升高的區(qū)域。該非晶復(fù)合材料的損耗系數(shù)與溫度之間呈二次線性關(guān)系,通過(guò)準(zhǔn)點(diǎn)缺陷模型對(duì)其動(dòng)態(tài)力學(xué)行為分析,擬合曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)符合良好。2.通過(guò)單軸壓縮和拉伸試驗(yàn),系統(tǒng)研究了Ti50Zr20Nb12Cu5Be13非晶復(fù)合材料在室溫下的變形行為,該非晶復(fù)合材料在壓縮和拉伸條件下均表現(xiàn)出了優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性。此時(shí)第二相枝晶在變形過(guò)程中對(duì)基體中剪切帶進(jìn)行阻礙和吸收,促進(jìn)更多的塑性剪切帶生成,以提高復(fù)合材料整體的塑性。壓縮斷口表面主要包含脈絡(luò)狀區(qū)域和臺(tái)階狀區(qū)域,拉伸斷口表面布滿了韌窩。3.通過(guò)單軸壓縮和拉伸試驗(yàn),分別研究了典型金屬玻璃與Ti50Zr20Nb12Cu5Be13非晶復(fù)合材料在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)的流變行為。通過(guò)激活體積和遷移原子團(tuán)的計(jì)算,定量說(shuō)明了在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)金屬玻璃具有最優(yōu)的流變性能,Ti50Zr20Nb12Cu5Be13非晶復(fù)合材料的流變性能相對(duì)較差。通過(guò)計(jì)算應(yīng)變速率敏感系數(shù)研究了該非晶復(fù)合材料在不同變形條件下對(duì)應(yīng)變速率的敏感性。對(duì)變形后的非晶復(fù)合材料微觀組織進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)枝晶形貌并未有明顯變化,材料整體的流變性能主要依靠非晶基體的超塑性流變特性,第二相枝晶僅負(fù)責(zé)外加應(yīng)力的傳導(dǎo)。拉伸斷口表面布滿了韌窩,但與室溫下的韌窩有明顯區(qū)別。4.通過(guò)壓縮和拉伸變形測(cè)試,系統(tǒng)研究了Ti50Zr20Nb12Cu5Be13非晶復(fù)合材料在枝晶軟化區(qū)內(nèi)的流變行為。結(jié)果表明非晶復(fù)合材料中非晶基體的晶化對(duì)材料壓縮變形下的力學(xué)性能有著較大影響,而對(duì)拉伸變形下的力學(xué)性能影響不大。通過(guò)對(duì)該條件下應(yīng)變速率敏感系數(shù)的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)拉伸變形下材料對(duì)應(yīng)變速率的敏感性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓縮變形條件下。變形后復(fù)合材料的枝晶形貌有很大改變,首先是玫瑰狀枝晶被球化為球晶,其次是枝晶發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形。此時(shí)晶化的基體負(fù)責(zé)外加應(yīng)力的傳導(dǎo),軟化的枝晶則吸收外加應(yīng)力用于自身的塑性變形。
[Abstract]:The mechanical properties of dual phase structure of amorphous composite materials of the superior metal glass, including Ti Based Amorphous Composites due to its low cost, high specific strength and moderate and Young's modulus of the advantages of more attention. But the current research on amorphous composite materials are mostly concentrated in the improvement the preparation process, the development of new alloys, the regulation of Microstructure Effects on the mechanical properties of the alloy, and the deformation in the process of microstructure evolution, the supercooled liquid region and dendrite softening deformation behavior within the area have not yet been systematically studied. Therefore, based on the specific experimental study on the combination of theoretical analysis and numerical simulation, the Ti based amorphous composites was designed as the research object, on the mechanical properties, the deep study of key issues of rheological state and microstructure evolution etc., In order to provide theoretical support and practical basis for the composition design of amorphous composite materials and practical application. The main research contents and conclusions are as follows: 1. by dynamic mechanical analysis, system to study the dynamic mechanical properties of Ti50Zr20Nb12Cu5Be13 amorphous composite materials under different temperature, the amorphous state of the composite material with temperature the change is divided into three regions: region based elastic state, viscoelastic dominated region, along with the crystallization area. In elastic state increased two linear relationship between loss coefficient and temperature of the amorphous composite materials, through the analysis on defect model on the dynamic mechanical behavior, the fitting curve and the experimental data in good agreement with.2. through the uniaxial compression and tensile test system on the deformation behavior of Ti50Zr20Nb12Cu5Be13 Amorphous Composites at room temperature, the Amorphous Composites under compressive and tensile conditions Showed excellent strength and plasticity. The second phase dendrite during the deformation of the matrix shear zone and hinder the absorption, promote more ductile shear zone formation, in order to improve the plasticity of composite materials. The overall compression fracture surface mainly contains the context like region and the step shaped region, the tensile fracture surface full of dimple.3. by uniaxial compression and tensile test, respectively study the typical metal glass and Ti50Zr20Nb12Cu5Be13 amorphous composite on rheological behavior of supercooled liquid region. By calculating the activation volume and migration of atoms, the quantitative results show that the rheological properties in the supercooled liquid region of metallic glass has the best. The rheological properties of Ti50Zr20Nb12Cu5Be13 amorphous composite materials is relatively poor. Through calculation should study the amorphous composite material corresponding sensitivity to strain rate under different deformation conditions on the strain rate sensitivity coefficient. To observe the deformation of the amorphous composite material microstructure, found that the dendrite morphology did not change obviously, the rheological properties of the whole material mainly depends on the superplastic rheological properties of amorphous matrix, the second dendrite is only responsible for the external stress conduction. The tensile fracture surface is covered with dimples, but with room temperature with dimples the obvious difference of.4. by compression and tensile deformation testing system of Ti50Zr20Nb12Cu5Be13 amorphous composite materials in dendrite softening zone rheological behavior. The results show that the Amorphous Composites crystallization of amorphous matrix has a great effect on the mechanical properties of materials under compression deformation, but it has little influence on the mechanical properties of tensile deformation. The conditions should be calculated under the strain rate sensitivity coefficient, found that the tensile deformation of materials under the strain rate sensitivity is much higher than the compression deformation conditions. The composite material after deformation The dendrite morphology changed greatly. First, rose shaped dendrites were spherulite spherulite, followed by dendrite. Severe plastic deformation took place. The substrate of crystallization was responsible for the conduction of external stress. The softened dendrite absorbed external stress for its plastic deformation.

【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG139.8;TB33

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