本文關(guān)鍵詞：內(nèi)生鈦基非晶復(fù)合材料在高速率動態(tài)沖擊下的力學(xué)行為，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：非晶合金自問世以來,便受到全世界范圍內(nèi)研究者們的關(guān)注。因具有高強度、高硬度、高彈性極限和良好的耐腐蝕和耐磨等優(yōu)異的性能,非晶合金有作為新型工程結(jié)構(gòu)材料的巨大潛力。然而,在室溫加載時,由于高度局部化的剪切帶的快速擴展,塊體非晶合金通常表現(xiàn)為脆性斷裂,這個致命的缺陷大大限制了其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。為了解決這個難題,研究者們想到了向玻璃基體中引入韌性第二相,即制備非晶復(fù)合材料。目前,非晶復(fù)合材料主要有兩類:內(nèi)生非晶復(fù)合材料和外添加非晶復(fù)合材料。內(nèi)生非晶復(fù)合材料因其制備過程簡單得到了更為普遍的研究。對于內(nèi)生非晶復(fù)合材料來說,樹枝狀的韌性第二相均勻地分布在玻璃基體中,可以有效地阻礙剪切帶的快速擴展,避免材料過早發(fā)生斷裂,從而提高材料的宏觀塑性。內(nèi)生非晶復(fù)合材料在室溫準(zhǔn)靜態(tài)下的變形行為已經(jīng)得到了廣泛的研究。然而,對結(jié)構(gòu)材料來說,要使其能更好地應(yīng)用于工程領(lǐng)域,實際的復(fù)雜多變的服役環(huán)境必須加以考慮。例如,更應(yīng)該關(guān)注其在高速率動態(tài)加載下的情況。關(guān)于材料動態(tài)變形行為的信息非常重要,這些信息可以被用于國防、航空航天、精密儀器等領(lǐng)域。但是,有關(guān)內(nèi)生非晶復(fù)合材料動態(tài)變形行為的報道極少,人們目前還沒有對其變形機理形成統(tǒng)一的認(rèn)識。本課題選取Ti-Zr-V-Cu-Be非晶復(fù)合材料體系,重點研究內(nèi)生非晶復(fù)合材料在高速率動態(tài)沖擊下的力學(xué)行為。首先,制備得到一種內(nèi)生非晶復(fù)合材料,其成分為Ti58Zr16V10Cu4Be12。比較了其在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和動態(tài)沖擊下不同的變形行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下其具有顯著的加工硬化能力,塑性應(yīng)變達(dá)到了12.5%,這可歸因于樹枝晶內(nèi)部大量的位錯堆積。在動態(tài)沖擊下,材料仍然產(chǎn)生了大約2%的塑性變形,與之前的研究相比,具有一定的突破性。材料在動態(tài)下的應(yīng)變比準(zhǔn)靜態(tài)下的要小很多,這是由于沒有足夠的時間形成多重剪切帶,從而導(dǎo)致了材料抵抗破壞的能力降低。其次,研究了樹枝晶尺寸對內(nèi)生非晶復(fù)合材料動態(tài)沖擊力學(xué)行為的影響。發(fā)現(xiàn)在動態(tài)沖擊下,Ti40Zr24V12Cu5Be19表現(xiàn)為脆性斷裂,無任何塑性變形,而Ti48Zr18V12Cu5Be17則具有一定的宏觀塑性。這是因為后者樹枝晶較為粗大,這些樹枝晶一方面自身發(fā)生塑性變形,另一方面則能夠一定程度上阻礙剪切帶的快速擴展和促進(jìn)多重剪切帶的形成,避免復(fù)合材料過早發(fā)生斷裂,從而提高了其宏觀塑性。再次,通過調(diào)控成分,制備得到一種樹枝晶體積分?jǐn)?shù)較高、枝晶尺寸較大的內(nèi)生非晶復(fù)合材料,其成分為Ti62Zr12V13Cu4Be9。經(jīng)過實驗,發(fā)現(xiàn)其在動態(tài)下具有較大的塑性變形能力。利用透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨率的透射電子顯微鏡(HRTEM)觀察了材料在動態(tài)沖擊后結(jié)構(gòu)的變化,證明韌性樹枝晶為復(fù)合材料提供了較大的塑性變形,微觀上的特征表現(xiàn)為大量位錯的堆積和嚴(yán)重的晶格畸變,以及莫爾條紋的出現(xiàn)。最后,在修正的Johnson-Cook(J-C)模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了非晶復(fù)合材料在動態(tài)沖擊下的本構(gòu)方程。利用該本構(gòu)方程可以合理地預(yù)測材料在動態(tài)沖擊下的塑性變形行為,從而在理論上將材料動態(tài)沖擊下的力學(xué)性能與本構(gòu)方程對應(yīng)的變形階段有機地聯(lián)系在一起。
【關(guān)鍵詞】：非晶合金 剪切帶 復(fù)合材料 動態(tài)沖擊 力學(xué)性能 J-C模型
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG33
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 非晶合金的定義及其發(fā)展10-12
• 1.1.1 非晶合金的定義10-11
• 1.1.2 非晶合金的發(fā)展11-12
• 1.2 非晶合金的形成原理12-14
• 1.2.1 非晶合金形成的熱力學(xué)條件12-13
• 1.2.2 非晶合金形成的動力學(xué)條件13
• 1.2.3 非晶合金形成的經(jīng)驗判據(jù)13-14
• 1.3 非晶合金的性能及應(yīng)用14-17
• 1.3.1 非晶合金的性能14-16
• 1.3.2 非晶合金的應(yīng)用16-17
• 1.4 非晶復(fù)合材料17-21
• 1.4.1 外添加非晶復(fù)合材料18-20
• 1.4.2 內(nèi)生非晶復(fù)合材料20-21
• 1.5 塊體非晶合金和非晶復(fù)合材料的制備方法21-22
• 1.6 本文的意義和主要內(nèi)容22-26
• 1.6.1 本文的意義22-23
• 1.6.2 本文的主要內(nèi)容23-26
• 第二章 材料和實驗方法26-32
• 2.1 材料的制備26-27
• 2.1.1 實驗原料及成分配制26
• 2.1.2 樣品的制備26-27
• 2.2 實驗方法及設(shè)備27-32
• 2.2.1 表征方法27-28
• 2.2.2 力學(xué)性能測試28-32
• 第三章 Ti58Zr16V10Cu4Be12內(nèi)生非晶復(fù)合材料在動態(tài)沖擊下的力學(xué)性能32-40
• 3.1 微觀組織32-33
• 3.2 室溫準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能33-36
• 3.3 室溫動態(tài)沖擊力學(xué)性能36-37
• 3.4 非晶復(fù)合材料動態(tài)沖擊性能的比較37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 微觀組織對內(nèi)生鈦基非晶復(fù)合材料動態(tài)沖擊力學(xué)性能的影響40-50
• 4.1 微觀組織40
• 4.2 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能的比較40-44
• 4.3 動態(tài)沖擊力學(xué)性能的比較44-46
• 4.4 應(yīng)變率敏感性的比較46-47
• 4.5 本構(gòu)方程的建立47-48
• 4.6 本章小結(jié)48-50
• 第五章 內(nèi)生鈦基非晶復(fù)合材料在動態(tài)沖擊下的塑性流動行為50-58
• 5.1 微觀組織50
• 5.2 準(zhǔn)靜態(tài)壓縮力學(xué)性能50-51
• 5.3 動態(tài)沖擊力學(xué)性能51-52
• 5.4 應(yīng)變率敏感性52-53
• 5.5 本構(gòu)方程的建立53-55
• 5.6 透射電子顯微鏡觀察55
• 5.7 本章小結(jié)55-58
• 第六章 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-68
• 致謝68-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70

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本文編號：447728