【摘要】：塊體非晶合金因其拓?fù)錈o序的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的力學(xué)、物理和化學(xué)性能(如高耐磨性、高耐腐蝕性、高硬度、高強度、高彈性極限、低模量、抗氧化和優(yōu)異的軟磁性能等)而具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,塊體非晶合金室溫下缺乏顯著的塑性變形嚴(yán)重限制了其工業(yè)化應(yīng)用。系統(tǒng)地研究應(yīng)力狀態(tài)對塊體非金合金剪切帶的萌生與擴展的影響,不但有助于進一步推進人們對塊體非金合金剪切帶行為敏感性因素及其影響機制的認(rèn)識,而且還能為研制具有更高強度、更好延性的塊體非金合金材料及其在生活與工程中的實際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。本文研究了應(yīng)力狀態(tài)以及靜水壓力對塊體非晶合金屈服行為的影響。主要內(nèi)容包括:單軸應(yīng)力狀態(tài)和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)對塊體非晶合金屈服行為的影響;以Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5塊體非晶合金(Vit1)為對象,進行了塊體非晶合金在限制套筒作用下屈服行為的數(shù)值模擬;細(xì)致分析了Drucker-Prager(D-P)準(zhǔn)則與Mohr-Coulomb(M-C)準(zhǔn)則描述非晶合金的屈服行為的適應(yīng)性或優(yōu)劣性。本文的主要結(jié)果如下:(1)單軸拉伸應(yīng)力狀態(tài)下,DP2與M-C計算值相同,DP1計算值比M-C計算值更接近于實驗值;在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,D-P模型對材料的屈服行為描述更為精確。(2)塊體非晶合金的剪切和塑性行為取決于樣品的幾何和應(yīng)力狀態(tài);靜水壓力與材料的斷裂角以及內(nèi)摩擦系數(shù)沒有數(shù)值上的關(guān)聯(lián);靜水壓力對材料屈服的影響相當(dāng)于一個疊加的正應(yīng)力,無論是壓縮還是拉伸,均對剪切屈服或斷裂起抑制作用;正應(yīng)力效應(yīng)中蘊含了靜水應(yīng)力效應(yīng)。(3)用ABAQUS軟件模擬了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5塊體非晶合金銅套筒約束下的屈服行為:基于M-C準(zhǔn)則數(shù)值模擬,材料的屈服強度為2003 MPa;基于D-P準(zhǔn)則數(shù)值模擬,材料的屈服強度為1776 MPa;在數(shù)值模擬中,D-P準(zhǔn)則模擬合金的屈服強度比M-C準(zhǔn)則模擬值更接近實驗值;D-P準(zhǔn)則比M-C準(zhǔn)則更適應(yīng)于解釋塊體非晶合金在套筒限制應(yīng)力作用下的屈服現(xiàn)象;套筒限制應(yīng)力作用下,靜水壓力的存在促進了塊體非晶合金中自由體積的增殖及其分布的非均勻性,并且這種自由體積的增殖及其分布的非均勻性,導(dǎo)致了材料的應(yīng)力應(yīng)變分布的非均勻現(xiàn)象。
【圖文】：

呈現(xiàn)非均勻的變形。單軸拉伸作用下，材料沒有明顯的屈服與塑性變形生脆性斷裂，拉伸曲線為理想彈性型，如圖 1.1(a)所示，材料只有少量的剪，呈河流狀形貌并以脈狀紋絡(luò)沿中心向外輻射，形成韌窩狀形貌，剪切帶均向外凸，在微觀形貌上呈山脊?fàn)疃哑�；單軸壓縮作用下，剪切帶明顯，次級剪切帶以枝蔓狀向外延伸，如圖 1.1 (b)-(d)所示，材料屈服并有一定性變形，即延性特征，同時，在微觀斷口上，分布了熔融液滴。在壓縮、和扭轉(zhuǎn)的實驗中，材料均發(fā)生延性形變，斷裂面一般呈現(xiàn)鋸齒狀流變[8]。帶的萌生與擴展不但對材料的塑性、韌性等宏觀性能有很大的影響，而且體非晶合金的屈服與斷裂行為也有很重要的影響[9,10]。理論上，材料的剪切斷裂一般發(fā)生在最大剪切應(yīng)力平面，斷裂面與應(yīng)力軸為 45 。目前為止，科學(xué)家們針對塊體非晶合金進行了一系列拉伸壓縮試驗現(xiàn)，拉伸載荷作用下，非晶合金的斷裂面與應(yīng)力軸夾角發(fā)生偏離，，拉伸時斷大于 45 ，一般在 50 - 65 ；壓縮載荷作用下，斷裂角小于 45 ，一般為 40 -4些研究表明塊體非晶合金的拉伸與壓縮斷裂行為存在明顯的不對稱性，即拉度差(Strength-Differential, S-D)。(b)(a)

有考慮靜水壓力對材料屈服的影響。為解決 M-C 準(zhǔn)則存在的問題，Drucker 和rager 于 1952 年提出了能考慮靜水壓力影響的 Drucker-Prager(D-P)屈服準(zhǔn)則，也廣義 Mises 準(zhǔn)則。在 平面上，D-P 準(zhǔn)則用光滑曲線來逼近 M-C 準(zhǔn)則，于是現(xiàn)了 D-P 系列修正屈服準(zhǔn)則。目前，盡管 D-P 屈服準(zhǔn)則和 M-C 準(zhǔn)則成功地被來分析塊體非晶合金屈服行為，但細(xì)致分析并甄別它們描述非晶合金在不同應(yīng)狀態(tài)下屈服行為的研究鮮見報道。.2.4 塊體非晶合金的應(yīng)用曾有這樣一個故事，男孩們在踢足球時，不小心把球踢到窗戶上，打碎了璃，于是美國科學(xué)家制成了比鋼鐵更難打破的金屬玻璃。但其脆性的斷裂機很大程度上制約了塊體非晶合金的發(fā)展，因此揭示塊體非晶合金的變形與斷機制，無論是對尋找或制備具有更好延性的塊體非晶合金材料，還是為塊體晶合金在工程或生活的實際應(yīng)用中提供科學(xué)依據(jù)，都具有非常重要的科學(xué)意和實用價值。里奇說：“現(xiàn)在我們正在努力通過改變它的合成成分，增強它塑性，使其比其他的金屬玻璃更加牢固�！�)(b)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG139.8

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本文編號：2563181