论文部分内容阅读
近些年来,具有优异力学性能的块体金属玻璃,一直是材料科学界关注的焦点。但因块体金属玻璃有限的室温塑性,宏观上呈现脆性断裂,这就极大地限制了金属玻璃在工程材料领域的应用。为更清楚地阐明块体金属玻璃的变形断裂机制,探索块体金属玻璃的强化方法,本课题选用两种玻璃形成能力较大,且有一定塑性的Zr基块体金属玻璃：Zr65Ni10Cu15Al10和Zr52.5Ni14.6Cu17.9Al10Ti5,通过采用真空电弧熔炼和铜模吹铸法,制备直径3mm的Zr基非晶圆棒,利用X射线衍射分析技术(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、压缩力学性能测试、显微硬度测试和扫描电子显微镜(SEM)等分析测试手段,研究了Zr基块体金属玻璃在不同温度下的晶化行为及退火后不同冷却方式对其力学性能和微观结构、形貌的影响,探讨了Zr基金属玻璃变形断裂机理。首先对两种Zr基金属玻璃进行常规力学性能测试,由压缩应力-应变曲线可知,两种合金都有塑性变形阶段,出现“锯齿”流变现象,均表现出良好的塑性变形能力,且Zr-Ni-Cu-Al-Ti金属玻璃出现了应变软化现象,这与剪切带中自由体积的变化有关。两种金属玻璃的压缩断面主剪切方向并不是沿理论最大切应力方向,断面显微形貌上都出现典型的“韧窝”或河流脉状纹络及熔滴状颗粒,符合自由体积和绝热升温理论模型。通过Zr-Ni-Cu-Al金属玻璃的DSC曲线确定晶化工艺,利用XRD观察其微观结构变化,了解该合金的晶化状况,并结合力学性能及断面显微形貌(SEM),探讨晶化行为对Zr-Ni-Cu-Al金属玻璃力学性能的影响。研究发现该合金的力学性能与其晶化程度密切相关,尤其是晶化温度的选择非常重要,晶化行为会使金属玻璃中晶化相数量与非晶基体的比例发生变化,影响金属玻璃中自由体积的变化,从而影响剪切带的形核与增殖,最终会使金属玻璃强度与塑性发生明显的变化。对Zr-Ni-Cu-Al-Ti金属玻璃进行高温短时间热处理后,分别以三种不同的冷却方式：水冷、空冷和随炉冷却,观察其微观结构和断面形貌的变化及对力学性能的影响,研究表明,冷却方式不同,试样的冷却速率不同,造成金属玻璃晶化程度明显不同,直接影响到金属玻璃的内应力分布,从而影响金属玻璃的力学性能。