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块体金属玻璃的纳米压入实验中观察到依赖于应变率和温度的锯齿状塑性流动行为。由于缺乏对变形过程原位而准确的观测,这种依赖于应变率和温度的锯齿状塑性流动行为的物理起源仍然不够清晰。利用计算机模拟能够提供原位的、基于原子尺度的变形信息的优点,本文采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟的方法对应变率和温度依赖的锯齿状塑性流动行为展开研究,旨在为进一步揭示其中的物理机制提供有价值的线索。
使用MD方法模拟Cu46Zr54金属玻璃在不同应变率下的纳米压入过程,观察到应变率依赖的锯齿状塑性流动行为及变形的时间和空间分布。变形的时间分布显示与锯齿状塑性流动行为紧密关联,剪切带斑图(变形空间分布)随应变率变化规律与实验观测结果一致。由于不同应变率下的剪切带形核或扩展差别显著,我们认为,塑性流动的锯齿状是否明显主要取决于瞬时发生的塑性变形程度的高低,而非形成的剪切带数目。使用势能形貌(potential energy landscape,PEL)理论解释这种应变率敏感的锯齿状塑性流动行为发生的物理机制。
使用MD方法模拟Cu46Zr54金属玻璃在两种较高温度(500 K和750 K)下的纳米压入过程,观察到了随温度升高而加剧的锯齿状塑性流动现象。均匀的变形时间和空间分布表明两种温度下都发生了均匀的粘塑性流动。使用PEL理论理解这两种温度下较为明显的锯齿状塑性流动行为的物理起源。