【摘 要】
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非晶合金具有高硬度、高弹性极限和优异的软磁性等优异性能,在众多领域有广泛的应用。这些优异的性能源于独特的内部结构,快速凝固过程中的外部因素,如温度、压力、冷却速度等均会对非晶合金的结构产生影响,并进一步影响其性能。其中,受到实验技术的限制,压力的影响机制并未得到广泛的研究,但由于高压压铸是目前工业上制备非晶合金零件的主要方法之一,因此凝固过程中压力的作用不容忽视。本文选取Zr46Cu46Al8合金
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非晶合金具有高硬度、高弹性极限和优异的软磁性等优异性能,在众多领域有广泛的应用。这些优异的性能源于独特的内部结构,快速凝固过程中的外部因素,如温度、压力、冷却速度等均会对非晶合金的结构产生影响,并进一步影响其性能。其中,受到实验技术的限制,压力的影响机制并未得到广泛的研究,但由于高压压铸是目前工业上制备非晶合金零件的主要方法之一,因此凝固过程中压力的作用不容忽视。本文选取Zr46Cu46Al8合金作为模型体系,采用分子动力学模拟方法研究了快速凝固过程中静水压力对非晶合金结构的影响,并将在不同静水压力下得到的非晶合金通过单轴拉伸模拟考察了其塑性变形过程。快速凝固结果表明,在不同压力作用下冷却得到的Zr46Cu46Al8非晶合金,随着凝固过程中压力的增加,平均体积减小而势能增大,且玻璃转变温度升高。双体分布函数结果显示,随着凝固过程中压力增大,Cu-Zr、Cu-Cu和Cu-Al的第一峰均向右偏移,表明随着压力增大,Cu与其它原子的键合作用减弱。Voronoi多面体分析显示,Zr、Al原子的Voronoi体积随着压力的增大而减小,而Cu原子的Voronoi体积却呈现出增大的趋势,进一步分析表明这种体积的异常增大主要存在于以Cu原子为中心的少数多面体(含量<2%)中。单轴拉伸结果表明,随着凝固过程中压力的增大,非晶合金样品的屈服强度减小,应变局域化程度降低,剪切转变区(STZ)分布更均匀和广泛。对其进行结构分析表明,在剪切带形成过程中,以Cu原子为中心的(类)二十面体含量及其平均体积逐渐减小,而少数多面体的含量和体积均呈现增大的趋势。这些少数多面体分布广泛且堆积松散,充当了拉伸过程中的流动单元并耗散了大量应变能。且随着凝固过程中压力的增加,少数多面体体积的增长趋势更快,幅度更大,使剪切带的形成宽化,有助于Zr46Cu46Al8非晶合金塑性的提高。本研究对于理解非晶合金在压力作用下的形成机制,丰富非晶合金的结构——性能关系具有重要的科学意义。且对于规模化压铸制备非晶合金,及优化其性能,扩大其应用范围也具有重要的理论指导意义。
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