锆基非晶合金室温锯齿流变与剪切的关联

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非晶合金由液态快冷凝固而成,合金内部原子保持着液态无序排列结构,室温下表现出高强高硬、耐磨耐蚀等一系列优异性能。非晶合金室温准静态压缩时,当材料发生屈服后,应力会随着应变升高而不断起伏变化,应力-应变曲线呈现出锯齿流变行为。通过对锯齿流变行为的研究,可以进一步揭示非晶合金剪切变形时的演化规律,进而探索非晶合金的塑性变形机理。非晶合金的锯齿流变行为中,锯齿的加载时间远大于卸载时间,特定应变速率下锯齿流变不会呈现出周期性,样品断裂后的微观显微形貌表明大量剪切带发生明显的交互作用,锆基非晶约化应力降和钯基非晶约化应变能密度的累计概率密度服从幂率分布特征,在Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金应变速率为2×10-3 s-1的锯齿流变行为和Pd75Si15Ag3Cu7非晶合金2×10-4 s-1锯齿流变行为中发现了自组织临界现象。锆基非晶合金锯齿流变行为中,在准静态压缩时较高应变速率下,锯齿波动不稳定,锯齿上升阶段经常会伴随着小幅度的锯齿跌落现象,整体应力降幅度较低。当应变速率较低时,应力波动比较稳定,而且幅度较大。这表明在较高应变速率下,原子重排缓慢,局部应力较高,持续发生局域化剪切;在较低应变速率下,材料发生稳态塑性流变。由于加载缓慢,内部原子有足够长时间进行重排,使之能量降低,可以持续保持稳定状态。在锆基非晶合金稳态锯齿流变的应力降阶段,初始时应力跌落幅值较小,随着时间增加,应力将会大幅跌落,每个锯齿应力降的小幅跌落和大幅度跌落数值相对接近,进一步通过数学统计分析,最终发现在应力降过程中,应力随时间呈指数衰减,即应力与时间服从指数衰减关系:σAe-Bt。在Zr-Cu-Al三元非晶合金的准静态恒定应变速率压缩中,改变锆、铜原子比例,随着锆含量从Zr47.5增加到Zr60,平均应力降、平均应变能均表现出先升高后降低的趋势,其根本原因在于内部自由体积呈先升高后降低的规律,分子动力学模拟也显示出相同的结果。通过调控非晶合金的加载条件、成分调节、尺寸变化等因素,研究对其锯齿流变行为的影响。根据准静态加载过程中功和热的转换关系,提出了非晶合金锯齿流变应力降的幅值预测模型。非晶合金锯齿流变行为中,应力降符合如下关系:(?)。应力降不仅与材料的杨氏模量、密度、比热、玻璃转变温度等材料自身属性参数有关,还受高径比、剪切角、剪切层厚度等外在条件的影响。
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