本文關(guān)鍵詞：塊體非晶合金的室溫壓入力學(xué)行為

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【摘要】：當(dāng)熔融的合金以很大的速率冷卻時(shí)，原子來(lái)不及有序排列形成晶體，液態(tài)下的無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)被保留下來(lái)，形成非晶合金。其原子排列呈長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序狀態(tài)而且不存在晶粒與晶界。其塑性變形局限在狹長(zhǎng)的剪切帶內(nèi)。了解剪切帶的微觀機(jī)制對(duì)于研究非晶合金的塑性變形有重要的科學(xué)意義。 本文主要研究了Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5（Vit105）非晶合金的室溫納米壓痕行為，試圖對(duì)經(jīng)典的鋸齒現(xiàn)象給出一個(gè)合理的物理解釋。設(shè)定的壓痕實(shí)驗(yàn)應(yīng)變率分別為0.002s-1，0.02s-1，0.2s-1，發(fā)現(xiàn)鋸齒的產(chǎn)生具有應(yīng)變率依賴(lài)性，隨著應(yīng)變率的降低而越來(lái)越明顯。我們把鋸齒特征歸因于材料的剪切帶行為，剪切帶優(yōu)先形核于自由體積富集的區(qū)域，隨著應(yīng)力的施加，自由體積增大，剪切帶得以擴(kuò)展、增殖。在實(shí)驗(yàn)中觀察到有兩種鋸齒特征，一種是平直的鋸齒，主要由單條剪切帶產(chǎn)生；另外一種是斜向上的鋸齒，主要由多條剪切帶的形核、擴(kuò)展及交割形成。在高應(yīng)變率下，由于多重剪切帶的擴(kuò)展，斜向上的鋸齒特征仍然存在，只是它不足以被肉眼觀察到。 通過(guò)對(duì)3種直徑為2mm，3mm，6mm的柱狀Vit105試樣從中心到邊界分別進(jìn)行納米壓痕實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大尺寸試樣的彈性模量和硬度比小尺寸試樣的高，每個(gè)試樣橫截面中心位置的彈性模量和硬度比邊界位置的高，說(shuō)明在微觀結(jié)構(gòu)上具有徑向梯度性，且彈性模量和硬度低的位置鋸齒特征比較明顯，暗示此位置由于冷卻速率大而導(dǎo)致自由體積含量比較高。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，剪切帶內(nèi)溫度升高0.06K，小到可以忽略不計(jì)，揭示非晶材料在低應(yīng)變率下的剪切變形是自由體積軟化決定的變形機(jī)制。 使用ABAQUS有限元軟件對(duì)非晶合金所遵循的屈服準(zhǔn)則進(jìn)行了分析，，得出Mohr-Coulomb準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則中的非關(guān)聯(lián)流動(dòng)準(zhǔn)則可以較合理地描述非晶的力學(xué)行為，而關(guān)聯(lián)流動(dòng)準(zhǔn)則會(huì)使材料發(fā)生過(guò)度的剪脹。用Mises準(zhǔn)則定義非晶的本構(gòu)會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。
【關(guān)鍵詞】：非晶合金 納米壓痕 自由體積 徑向梯度材料 有限元模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 主要符號(hào)表10-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 非晶合金的發(fā)展簡(jiǎn)史13-14
• 1.2 非晶合金的制備方法14-15
• 1.3 非晶合金的性能及其應(yīng)用15-17
• 1.4 非晶合金的斷裂特征與變形機(jī)制17-26
• 1.4.1 非晶合金的變形行為與斷裂特征17-20
• 1.4.2 非晶合金塑性變形機(jī)制的理論模型20-26
• 1.5 納米壓痕技術(shù)及其在非晶合金中的應(yīng)用26-29
• 1.5.1 納米壓痕實(shí)驗(yàn)原理26-28
• 1.5.2 納米壓痕實(shí)驗(yàn)在非晶合金中的應(yīng)用28-29
• 1.6 本文的主要內(nèi)容及意義29-31
• 第二章 Zr 基非晶合金的納米壓痕變形行為31-43
• 2.1 引言31
• 2.2 原材料的選用與試樣的制備31-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法32-33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論33-40
• 2.4.1 應(yīng)變率加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析33-39
• 2.4.2 載荷率加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析39-40
• 2.5 剪切帶中的溫升分析40-41
• 2.6 本章小結(jié)41-43
• 第三章 冷卻速率導(dǎo)致的非晶微觀結(jié)構(gòu)不均勻性43-51
• 3.1 引言43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程43-44
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與傳熱模型分析44-50
• 3.3.1 柱狀非晶徑向壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-45
• 3.3.2 基于非晶冷卻過(guò)程的傳熱模型分析45-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 Zr 基非晶合金的本構(gòu)有限元模擬51-65
• 4.1 引言51-53
• 4.2 塊體非晶合金納米壓痕實(shí)驗(yàn)的有限元模擬53-63
• 4.2.1 屈服準(zhǔn)則簡(jiǎn)介54-56
• 4.2.2 納米壓痕有限元模型的建立56-59
• 4.2.3 納米壓痕有限元結(jié)果與分析59-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-75
• 攻讀碩士期間的研究成果75

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 褚維,陳國(guó)鈞;大塊非晶合金的研究進(jìn)展[J];磁性材料及器件;1999年01期

2 蔣敏強(qiáng);;塊體金屬玻璃的剪切帶行為[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2012年02期

3 陳德民,梁立孚,宋海燕;非晶合金的彈塑性本構(gòu)關(guān)系研究[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2003年04期

4 張哲峰;伍復(fù)發(fā);范吉堂;張輝;;非晶合金材料的變形與斷裂[J];中國(guó)科學(xué)(G輯:物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué));2008年04期

5 張黎楠;諶祺;柳林;;Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)塊體非晶合金在過(guò)冷液態(tài)區(qū)的流變行為及本構(gòu)關(guān)系[J];金屬學(xué)報(bào);2009年04期

6 汪衛(wèi)華;;非晶中“缺陷”——流變單元研究[J];中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2014年04期

本文編號(hào)：553017