【摘要】： 機(jī)械加工和熱處理所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響塊體材料和涂層的力學(xué)穩(wěn)定性。為了得到一個(gè)可靠的工程設(shè)計(jì),確定材料中的殘余應(yīng)力水平十分重要。 上世紀(jì)80發(fā)展起來的微、納米壓痕技術(shù)是研究材料屬性的有效方法,同時(shí)也是研究材料硬度與殘余應(yīng)力關(guān)系的有效手段。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)材料壓痕表面產(chǎn)生明顯的pile-up時(shí),材料的硬度并不受殘余應(yīng)力的影響。對于大多數(shù)的工程材料,壓痕表面產(chǎn)生明顯的pile-up非常普遍,這使得通過壓痕測量確定殘余應(yīng)力的應(yīng)用受以了限制。 近年來發(fā)展起來的金屬玻璃材料,因?yàn)槠涮厥獾奈⒔Y(jié)構(gòu)而使之具有許多普通晶態(tài)材料所不具備的優(yōu)良的力學(xué)、化學(xué)及物理性能。金屬玻璃材料在機(jī)械、通訊、航空航天、汽車工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、運(yùn)動器材乃至國防軍事上都具有廣泛的應(yīng)用潛力。 本文通過對純彎金屬玻璃塊體試件的壓痕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力對金屬玻璃的硬度存在明顯的影響,而這與先前的研究結(jié)果存在差異。實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)說明通過壓痕測量確定殘余應(yīng)力的方法在金屬玻璃這種新型高強(qiáng)度材料中存在應(yīng)用的可能。 通過有限元軟件模擬軸對稱壓痕實(shí)驗(yàn),將金屬玻璃材料硬度—?dú)堄鄳?yīng)力關(guān)系同先前人們對鋁合金8009所作研究的結(jié)果作對比。研究表明,在壓頭壓入同樣深度的前提下,壓頭壓入金屬玻璃材料時(shí),壓頭最大載荷隨殘余應(yīng)力變化的相對跨度相比于鋁合金8009要大;而金屬玻璃材料因?yàn)槠溆泻芨叩那䦶?qiáng)度而不容易產(chǎn)生pile-up,金屬玻璃的接觸面積隨殘余應(yīng)力變化幅度比鋁合金8009小很多。金屬玻璃這種具有較低彈性模量—屈服極限比的材料,硬度對殘余應(yīng)力較為敏感,而鋁合金8009這種彈性模量—屈服極限比較高的普通工程材料,硬度與殘余應(yīng)力幾乎無關(guān)。 本文還通過建立三維模型真實(shí)的模擬了存在應(yīng)力梯度單軸應(yīng)力的壓痕實(shí)驗(yàn),這是以前的研究很少涉及的。使用三維模型所得到硬度—?dú)堄鄳?yīng)力關(guān)系很好的符合了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。分析三維模型所得到壓痕圖,很好的解釋了實(shí)驗(yàn)所得壓痕不對稱的現(xiàn)象。
【圖文】：

同的條件下進(jìn)行性能測試，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。研究結(jié)果表明，大塊非晶合金比相應(yīng)晶態(tài)合金具有更高的強(qiáng)度和相對較低的彈性模量，彈性模量相同時(shí)，非晶態(tài)合金的強(qiáng)度比晶態(tài)的高約3倍。圖2.2中列出了金屬玻璃材料與其他材料力學(xué)性能的對比，表2.1列出了大塊金屬玻璃材料主要的性能和應(yīng)用領(lǐng)域l3s]。非晶合金所表現(xiàn)出的良好的性能與其微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密切相關(guān)，一般認(rèn)為非晶態(tài)材料存在著化學(xué)型和拓?fù)湫蛢煞N短程有序，大的負(fù)混合嫡使得不同原子之間具有強(qiáng)勁的結(jié)合力，同時(shí)由于幾種元素主要組元的原子半徑之間相差都在12%以上，使得不同半徑的原子在最大程度上緊密排布，減少了合金內(nèi)部自由體積數(shù)量。另外，與晶態(tài)合金相比，非晶態(tài)合金不存在晶界間的位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷，因此抗拉強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能都有較大幅度的提高。抗彎強(qiáng)度提高的另一個(gè)原因是由非晶合金在成形過程中的快速凝固效應(yīng)所決定的。在凝固過程中由于合金液和銅模壁的直接接觸

實(shí)驗(yàn)使用吹鑄法制備而成的金屬玻璃材料zr46.scu45A17Ti，.5(E=%Gpa，丙 =2Gpa，二0.37)，經(jīng)過機(jī)械加工后其尺寸為2.2mm‘2.2mm‘35mm。將試件固定在特制的夾具中，，以產(chǎn)生研究所需要的殘余應(yīng)力。在圖2.5中分別展示了夾具的實(shí)物圖和示意圖。在夾具示意圖中可以看到，試件固定在夾槽1中，擰緊螺栓2夾緊試件，使其產(chǎn)生純彎曲。夾槽上沿曲率半徑p=67.7mm，當(dāng)試件彎曲時(shí)，其中性軸的曲率半徑為66.6mm，通過梁的純彎曲公式:口=E.上P(式 2.1)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH161

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李繼承;陳小偉;陳剛;;塊體金屬玻璃力學(xué)行為有限元模擬研究進(jìn)展[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2010年S1期

2 王巧薇;王天穩(wěn);孟憲華;;鋼材的硬度與應(yīng)力的關(guān)系[J];工業(yè)建筑;2011年S1期

3 李繼承;陳小偉;;塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料的壓縮剪切特性和侵徹/穿甲“自銳”行為[J];力學(xué)進(jìn)展;2011年05期

本文編號：2631834