Zr基大块非晶合金冷轧过程中剪切带、自由体积及硬度的演变

论文摘要

块体非晶合金具有许多优异的性能,包括高强度,大弹性极限,良好的耐腐蚀性能等。然而该材料的致命缺点是在室温下没有拉伸塑性,导致其在拉应力承载条件下沿着单一的剪切带发生灾难性失效,从而限制了其作为结构材料的应用。非晶合金在远低于其玻璃转变温度的条件下的室温塑性变形是通过纳米尺寸的剪切带的形成和演变发生的。因此,非晶合金的室温力学行为与剪切带的演变密切相关。一般而言,非晶合金形变时产生的剪切带越多,其塑性就越大。虽然单相非晶合金在拉伸时产生很少的剪切带,以明显的脆断方式失效,但是在约束的加载条件下,如压痕、弯曲、轧制、拉拔和低高径比样品的单向压缩,它们通常表现出显著的塑性变形。因此,在约束加载条件下,能够很方便地研究剪切带随塑性应变量的演变,如剪切带的间距、角度、偏移量及其分布。这有助于进一步研究至今仍然不清晰的非晶合金的形变机制。同时,冷加工引起的非晶合金自由体积的改变仍然存在争论,需要进一步研究。此外,关于非晶合金到底是加工硬化或是加工软化也有截然不同的报道。因此,在很宽的应变量范围内,样品不发生晶化的条件下塑性变形对单相非晶合金力学性能的影响仍然是未知的。在本论文的工作中,我们在很宽的应变范围内分别对Zr64.13Cul5.75Nil0.12A110和Zr46.5Cu45A17Til.5两种非晶合金进行了系统的室温轧制实验。特别地,我们专注于塑性变形的起始阶段,且应变间隔很小,从而系统地研究了剪切带和自由体积的形成和演化规律,并且讨论了轧制对变形后的大块非晶合金硬度的影响。基于对主剪切带的间距、角度和偏移量的统计分析,我们发现非晶合金在厚度减少量大于7%后主剪切带密度达到饱和,且在厚度减少量小于20%时只有主剪切带存在。同时,轧制变形导致了更多自由体积的产生。测定了相对于铸态样品强烈轧制变形样品中残余应力的分布情况。这种残余应力强烈地影响着测量的硬度值。此外,通过低温退火释放残余应力,发现强烈轧制/退火样品的硬度与铸态/退火样品相比并没有显著地降低,这很可能归因于样品中的剪切带密度低,这就进一步证实了轧制样品的显微硬度值主要是与残余应力相关。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 什么是非晶合金
• 1.2 非晶合金的发展历史
• 1.3 非晶合金的形成机制及其形成能力判据
• 1.3.1 非晶合金的形成机制
• 1.3.2 非晶合金的形成能力判据
• 1.4 非晶合金的结构
• 1.5 非晶合金的性能及应用前景
• 1.6 非晶合金的制备方法
• 1.6.1 电弧熔炼
• 1.6.2 吸铸法
• 1.6.3 甩带法
• 1.6.4 吹铸法
• 1.6.5 水淬法
• 1.7 非晶合金的表征技术
• 1.7.1 结构表征
• 1.7.2 性能表征
• 1.8 非晶合金的塑性变形
• 1.8.1 非晶合金的非均匀变形
• 1.8.2 非晶合金中剪切带的产生
• 1.8.3 非晶合金的宏观塑性与剪切带的关系
• 1.9 非晶合金的轧制
• 1.9.1 轧制工艺简介
• 1.9.2 轧制对非晶合金的影响
• 2 大块非晶合金冷轧过程中的剪切带演变和自由体积变化
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品在冷轧过程中的剪切带演变
• 2.3.2 样品在冷轧过程中的微观结构和自由体积变化
• 2.4 本章小结
• 3 大块非晶合金冷轧过程中的硬度变化
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品在冷轧过程中的硬度变化
• 3.3.2 轧制样品中残余应力的分布
• 3.3.3 低温退火对样品硬度的影响
• 3.4 本章小结
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章