论文部分内容阅读
非晶态合金由于其独特的长程无序的原子排布结构，拥有众多超越传统晶体材料的性能，一直以来成为材料开发与研究的焦点方向。但绝大多数的非晶合金表现为室温脆性，这极大地限制了其作为结构材料的工业化应用。近年来，向非晶合金中引入晶态第二相，将非晶的高强与晶体的高韧相结合，所得到的非晶复合材料有效地解决了室温脆性的问题，成为最具发展潜力的结构材料之一。其中，内生非晶复合材料表现出良好的塑性变形能力，因其独特的韧性树枝晶结构最大程度上阻碍了剪切带的快速扩展以及促进多重剪切带的形成。
本课题以Ti50Zr22Nb8Cu5Be15(Ti50)非晶复合材料作为研究对象，对其室温以及低温下的力学性能开展研究，探索内生非晶复合材料在不同温度下微观组织与力学性能的关联。
(1)Ti50非晶复合材料在室温及低温拉伸中都表现出了优异的力学性能。其室温屈服强度为1265MPa，低温下提高了40.3%，达到了1775MPa。在77K和298K下，该复合材料的断裂强度分别为1915MPa和1395MPa，并且保持了2%左右的均匀塑性变形量。
(2)基于混合定律，提出了适用于内生非晶复合材料的屈服模型。基于对模型的分析，发现非晶复合材料的屈服强度主要受到树枝晶体积分数、枝晶臂尺寸、两相的剪切模量调控。建立了非晶复合材料比强度与横波声速之间的定性关系(即合金系统的横波声速越大，其比强度就越高)，为发展轻质高强非晶复合材料提供了理论指导。
(3)在液氮温度变形后的Ti50非晶复合材料中发现马氏体相，说明低温塑性变形更有利于相变的发生，这主要是因为应力诱导马氏体触发应力低于位错滑移阻力。此外，Ti50非晶复合材料在低温塑性变形中保持了与室温相当的加工硬化能力。马氏体的形成直接抑制了复合材料的颈缩或软化；马氏体相将树枝晶进一步“划分”，促进了位错的积累；相比于室温，低温下界面处应力集中更加难以使非晶相形成剪切带；在低温下，剪切带的迟滞扩展和多重剪切带的形成有效地减缓了非晶相的软化。
本课题以Ti50Zr22Nb8Cu5Be15(Ti50)非晶复合材料作为研究对象，对其室温以及低温下的力学性能开展研究，探索内生非晶复合材料在不同温度下微观组织与力学性能的关联。
(1)Ti50非晶复合材料在室温及低温拉伸中都表现出了优异的力学性能。其室温屈服强度为1265MPa，低温下提高了40.3%，达到了1775MPa。在77K和298K下，该复合材料的断裂强度分别为1915MPa和1395MPa，并且保持了2%左右的均匀塑性变形量。
(2)基于混合定律，提出了适用于内生非晶复合材料的屈服模型。基于对模型的分析，发现非晶复合材料的屈服强度主要受到树枝晶体积分数、枝晶臂尺寸、两相的剪切模量调控。建立了非晶复合材料比强度与横波声速之间的定性关系(即合金系统的横波声速越大，其比强度就越高)，为发展轻质高强非晶复合材料提供了理论指导。
(3)在液氮温度变形后的Ti50非晶复合材料中发现马氏体相，说明低温塑性变形更有利于相变的发生，这主要是因为应力诱导马氏体触发应力低于位错滑移阻力。此外，Ti50非晶复合材料在低温塑性变形中保持了与室温相当的加工硬化能力。马氏体的形成直接抑制了复合材料的颈缩或软化；马氏体相将树枝晶进一步“划分”，促进了位错的积累；相比于室温，低温下界面处应力集中更加难以使非晶相形成剪切带；在低温下，剪切带的迟滞扩展和多重剪切带的形成有效地减缓了非晶相的软化。