论文部分内容阅读
金属玻璃又称非晶合金,具有优异的力学、磁学和耐腐蚀性能,在电子、航空航天、国防和能源领域有着广泛应用。但是金属玻璃内部没有晶粒、晶界、位错以及层错等缺陷,其塑性变形不同于晶态金属中位错或孪晶变形的机理,而是通过高度局域化的剪切进行,材料不能承受后续的加载,常表现出灾难性的脆性断裂特征。因此,如何提高金属玻璃的韧塑性已成为近年来材料领域的研究热点之一。受到现代电子和光学显微等技术的限制,人们往往很难从实验上直接观测到变形过程中材料微结构演化的细节与规律。分子动力学模拟则能够将实验结果从原子水平直观地呈现出来,得到材料的微观演化过程,对于研究材料的微观机制起到了重要的作用。本文主要采用分子动力学模拟研究Cu50Zr50金属玻璃的塑性变形机制,论文的主要研究内容和结论如下:（1）研究了拉伸载荷下非晶厚度、晶体相、纳米孔洞和温度对Cu50Zr50金属玻璃塑性变形机制的影响。研究结果表明随着金属玻璃厚度的增加,非晶的塑性变形模式从最初的均匀塑性变形转变为剪切带主导的不均匀塑性变形（颈缩是均匀塑性变形和形成主剪切带的不均匀塑性变形的过渡区域）,最终再转变为由多条剪切带主导的均匀塑性变形。通过引入晶体相可以增强金属玻璃的塑性。对于晶体-非晶基复合材料,在塑性变形过程中出现了近乎完美的塑性变形。模拟结果还发现纳米孔洞的引入降低了金属玻璃的塑性,这不符合引入缺陷会增强金属玻璃塑性的认知。主要在于较大的孔洞密度。模拟结果也表明,温度对金属玻璃的力学性能有很大的影响,随着温度的增加会抑制成熟剪切带的形成。（2）研究了拉伸载荷下厚度和宽高比耦合作用对Cu50Zr50金属玻璃力学性能的影响。研究表明材料的塑性变形分为三个部分:均匀塑性变形区域;灾难性断裂区域;临界区域。金属玻璃在均匀塑性变形区域表现出了良好的塑性。在灾难性断裂区域,金属玻璃的失效主要是颈缩和主剪切带的滑移引起的。在临界区域出现了一个过渡点,当厚度低于这个过渡点时临界断裂值迅速下降。当厚度高于这个过渡点时临界断裂值缓慢的下降。（3）研究了含有裂纹的Cu50Zr50晶体-非晶基复合材料中晶体相和晶体-非晶界面对剪切带形成和扩展行为的影响。研究结果表明晶体相直径的改变对峰值应力的大小几乎没有影响。这是由于晶体相直径的增加,不仅影响了晶体-非晶界面周围剪切带的形成,而且还影响了晶体-非晶界面和剪切带之间相互作用力的大小。即,晶体-非晶界面有两个作用,一是形成不成熟的剪切带,二是阻碍剪切带的扩展。剪切带扩展行为对晶体-非晶界面有很强的依赖性。与块体金属玻璃相比较,晶体层明显改变了剪切带的扩展路径。此外,我们引入了无序度（即熵）的方法去分析剪切带的形成过程。该研究对于提升金属玻璃的塑性,以及优化金属玻璃强度和塑性的关系提供了新思路。