成分调制对锆基块体非晶合金力学性能的影响

研究了Zr-Al-Ni-Cu块体非晶合金中Zr元素含量变化对合金力学性能的影响.利用X射线衍射仪和透射电子显微镜表征合金的结构;利用差示扫描量热仪研究非晶合金的热学性能;采用万能试验机测试材料的压缩力学性能;采用扫描电子显微镜观察压缩变形后试样的剪切带形貌.研究结果表明:随着Zr元素的摩尔分数从66%增加到70%,压缩塑性变形量从3%提高到11%,合金表面的剪切带密度明显增大,非晶合金的塑性变形能力提高.随着Zr元素含量的增加,非晶合金的弛豫热明显增大,自由体积含量增多,有利于多重剪切带的形成,从而增大了合金的塑性变形能力.     

Zr基非晶合金准静态压缩下的多重剪切带行为

利用IUTM和SEM研究了Zr-Ti-Ni-Cu块状非晶合金的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 研究表明:该合金的室温压缩变形过程主要表现为弹性和塑性变形,塑性变形阶段没有加工硬化现象. 在准静态压缩条件下Zr基非晶合金表现出多重剪切效应,提高了塑性. 微观研究证明,剪切带的滑移分枝与相互交叉是非晶合金塑性提高的主要机制. 沿着剪切带发现了微空洞和微裂纹,剪切带的形成与自由体积的合并有关. 塑性变形过程中形成脉纹状断口形貌,受力状态的不同脉状花纹表现为不同的形式.     

铝元素的添加对铜（锆）基非晶形成能力的影响

采用铜模铸造的方法制备Cu50Zr40Ti10、Cu47.5Zr47.5Al5(Cu50Zr40Ti10)100-xAlx(x=2、4、6、8、10)几种合金,X射线衍射(XRD)实验检验Cu50Zr40Ti10、Cu47.5Zr47.5Al5和Cu49Zr39.2Ti9.8Al2三种合金样品为完全非晶态 .对样品进行差示扫描量热分析(DSC)考查三种大块非晶合金的非晶形成能力,以及Al的添加对非晶形成能力的影响.结果表明:Cu47.5Zr47.5Al5大块非晶合金的非晶形成能力要高于Cu50Zr40Ti10和Cu49Zr39.2Ti9.8Al2两种大块非晶合金的非晶形成能力,在Cu50Zr40Ti10大块非晶合金中添加了原子分数为2%的Al后提高了非晶形成能力.     

机械合金化法制备Cu-Ti-Zr基非晶合金

采用机械合金化法成功制备Cu40Ti60-xZr(x=0,10,30,50)非晶合金.研究Cu-Ti-Zr合金粉末由晶态向非晶态转变过程中的组织结构变化,探讨非晶合金的形成机制,以及非晶合金的热稳定性和晶化产物.结果表明,非晶合金直接从初始元素得到,在反应过程中没有金属间化合物出现,非晶化过程可以由间隙扩散模型来解释.Cu40TixZry非晶粉末的DSC分析表明,随着Ti含量的降低和Zr含量的升高,非晶粉末的晶化温度Tx逐渐升高,对非晶粉末在相应的Tx温度附近退火15min后发现,Cu40Ti30Zr30合金没有析出相,Cu40Ti1Zr50析出了Zr2Cu,Cu4Ti和少量的一些未知相.     

高速冲击载荷下块体Zr基非晶合金断裂行为研究

利用自制高速冲击加载实验装置(ε104 s-1)研究了块体Zr基非晶合金的室温断裂行为;利用扫描电子显微镜对冲击后块体Zr基非晶合金进行微观形貌分析,对比研究了其在高速冲击载荷下ε约为102～103 s-1时断裂行为的差异.研究结果表明:高速冲击载荷下,块体Zr基非晶合金断面表现为类蜂窝状花样、胞腔状花样、脉状花样、熔覆和液滴等形貌;与ε约为102～103 s-1时相比,块体Zr基非晶合金在高速冲击载荷下的断口形貌更为粗糙,脉纹花样方向杂乱,主剪切带黏度降低程度更大,熔覆和液滴形貌尺寸更大,类蜂窝状花样底部具有微孔洞、非晶碎粒和裂纹.     

第二相对Zr基非晶复合材料力学性能的影响

通过铜模铸造法制备了最大厚度达5mm的板状（Zr70Ni10Cu20）82．Ta8A10非晶复合材料,不同的冷却速度使制备的不同厚度的非晶复合材料含有不同的延性相和脆性相．延性Ta固溶体粒子的存在可以促使多重剪切带的萌生,导致剪切带分叉、阻碍剪切带或者裂纹的扩展来提高材料的塑性;而廷性Ta固溶体周围脆性相的析出减弱了固溶体与非晶基体的界面结合强度,进而降低了Ta固溶体提高塑性的能力,同时非晶基体中的脆性相起到了促使裂纹形核、引起低应力脆断的发生,随着脆性相数量的增加,试样的断裂模式也由失稳屈曲-剪切模式向劈裂模式转变．     

晶化分数对Zr基块体非晶基复相材料力学性能的影响

采用脉冲电流预处理外加等温退火,制备得到了具有不同晶化分数的Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶基复相材料,并通过x射线衍射法和差示扫描量热法分析材料析出的物相及其晶化分数,通过显微硬度、单轴压缩实验和扫描电子显微镜（SEM）研究材料的力学性能演变．结果表明：经处理后的合金首先析出准晶相,然后析出Be2Zr,Zr2Cu和FCC等物相;在晶化初期,合金的断裂强度和塑性应变量随晶化分数的增加而增加,当晶化分数为8．2％时,塑性变形量达6．3％．当晶化分数进一步增加时,断裂强度和塑性变形量均快速降低．扫描电子显微镜观察分析结果表明,随晶化分数的增加,合金的断裂模式则由剪切断裂转变为劈裂和解理脆性断裂．实验结果表明通过控制退火时间等参数可优化块体非晶基复相材料的力学性能．     

Nb元素对Cu48Zr48Al4合金组织与性能的影响

以高纯铜锆金属母材为原料,采用铜模滴注的方法制备Cu Zr基非晶合金及其复合材料,并进行拉伸实验。利用扫描电镜、X射线衍射仪和扫描量热分析仪对Cu48Zr48Al4和Cu44.8Zr48Al4Nb3.2合金进行结构表征和拉伸性能分析。结果表明:Nb元素微量添加能够改变Cu48Zr48Al4合金的组织形貌。Cu48Zr48Al4合金为非晶复合材料,抗拉强度较小、塑性微弱,断口呈现树枝脉络;Cu44.8Zr48Al4Nb3.2为非晶合金,具有较大的抗拉强度,没有塑性,断口为单一的塑坑形貌;两种合金断口表面均存在熔化现象,样品侧表面形成较少的剪切带。该研究为实际生产Cu Zr Al Nb非晶复合材料提供了基础数据。     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料动态变形特征

利用分离式霍普金森压杆装置,对三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料进行不同应变率下的动态压缩实验,采用扫描电子显微镜研究复合材料的动态变形特征和断口形貌.结果表明:复合材料的动态压缩强度随着打击速度的增加而增加;试样发生劈裂和剪切断裂,陶瓷相断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂,非晶合金发生粘性流动,断口形貌复杂多样.在应变率＞104 s-1的冲击载荷下,非晶相表现为软化后的多重脊状条带.复合材料断口上大量的非晶球形液滴及非晶软化条带的发现表明,绝热温升在非晶变形与断裂过程中起重要作用.     

无钎焊料与Zr基块状非晶合金的润湿行为

通过座滴法研究了Sn-In、Sn-Bi和Sn-Ag-Cu三种焊料分别与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿行为.结果显示在三种焊料中,Sn-In对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最好,而Sn-Bi焊料对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最差.利用扫描电镜研究了Sn-In焊料与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的界面特征,其界面处有化合物出现.     

Investigation of the microcrack evolution in a Ti-based bulk metallic glass matrix composite

The initiation and evolution behavior of the shear-bands and microcracks in a Ti-based metallic-glass–matrix composite(MGMC) were investigated by using an in-situ tensile test under transmission electron microscopy(TEM). It was found that the plastic deformation of the Ti-based MGMC related with the generation of the plastic deformation zone in crystalline and shear deformation zone in glass phase near the crack tip. The dendrites can suppress the propagation of the shear band effectively. Before the rapid propagation of cracks, the extending of plastic deformation zone and shear deformation zone ahead of crack tip is the main pattern in the composite.     

基于动态三点弯曲实验的Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块金属玻璃断裂行为

基于改进的分离式霍普金森压杆实验,研究了金属玻璃分别在预刻Ⅰ/Ⅲ缺口和Ⅰ型缺口条件下断裂行为的差异性。发现在冲击载荷下,Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)试样发生Ⅰ/Ⅲ型断裂的起裂时间相对于Ⅰ型断裂明显被延迟;并且Ⅰ/Ⅲ型断裂的卸载过程明显被延阻。Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5)试样所承受的峰值载荷呈现出随着冲击速度增加而增大的趋势;当冲击速度相近时,试样发生Ⅰ/Ⅲ型断裂比发生Ⅰ型断裂承受了更大的峰值载荷。通过对试样电镜扫描图的分析,从形貌学和剪切带形成机理角度对实验结果进行了解释。     

薄膜涂层材料的界面破坏准则

为了确定界面起裂位置及条件的评价方法,通过对引入假想界面裂纹的划痕实验的数值分析,讨论了界面的起裂位置.根据起裂位置的不同界面应力状态及相应的实验结果,提出了界面破坏的强度准则.实验和分析结果表明,在划痕实验中,起裂位置由最大界面剪应力决定,但起裂条件不仅与界面剪应力有关,而且与起裂位置处的界面压应力有关,界面压应力越大,导致界面起裂的界面剪应力也越大.该薄膜界面结合强度的评价准则,不受具体实验条件的影响,具有通用性.     

球形波冲击压缩后Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块金属玻璃的损伤与断裂特性研究

研究了Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22．5大块金属玻璃在不同速度的球形弹丸高速撞击下的损伤与断裂特性。通过表面形貌、X射线衍射谱的变化情况，可以看出．随着弹丸速度的增加，弹坑变成球形，弹坑深度逐渐增大，剪切带／裂纹有轻微增大，弧形损伤带是球面波高速撞击后的独特损伤行为。球形弹丸高速撞击作用下大块金属玻璃的晶化和常温退火与静高压下非晶态合金的晶化有着不同的机制。     

Formation and mechanical properties of Zr-based bulk metallic glass composites with high oxygen levels

Zr-based bulk metallic glass(BMG) composites with in situ formed Y 2 O 3 particle reinforcements were synthesized by proper additions of Y to ultrahigh-oxygen-containing glass-forming alloy precursors.Microstructures,thermal stabilities,and mechanical properties of the composites were investigated.Glass formation was greatly enhanced by Y additions in the alloys and the resultant particles were homogenously distributed in the glassy matrix,allowing for the fabrication of oxide dispersion strengthened BMG composites.The compressive strength and hardness increased by 10% and 20%,respectively,with the introduction of Y 2 O 3 particles.These results are significant for the design and production of Zr-based BMGs and BMG composites with improved properties using commercial high-oxygen content raw materials under industrial conditions.     

液晶高分子各向异性粘弹流体拉伸流动中拉伸粘度的解析计算研究

将聚合物熔体的挤出过程看作是剪切流动主导的剪切单元,采用用液晶聚合物熔体或溶液LCP-B本构方程;采用共转Oldroyd B流体模型计算出取向运动拉伸粘度的影响.无量纲拉伸粘度随松弛时间和剪切速率的变化曲线.得到了无量纲拉伸粘度随剪切速率之间变化关系.     

饱和软粘土固结、蠕变变形和应力松弛规律

本文通过室内试验着重研究饱和软粘土在排水和不排水条件下简单加载和重复加载时的固结、蠕变规律,在排水条件下土体静止侧压力系数K0(t)的历时降低规律．以及土体的剪应力松弛规律和松弛过程中侧压力系数历时增长的规律．并且介绍了以上这些规律的工程应用价值．     

合金材料锯齿形塑性失稳的实验研究与机理分析

轻质高强度合金具有重要的应用背景,而其机理仍未解明的锯齿型塑性失稳现象制约了它们的应用,同时该问题也是材料科学家关注的一个热点问题.基于实验力学的研究,作者所属的光测细观力学课题组提出用动态散斑方法研究合金材料锯齿形屈服剪切带,观察到带形成演化和传播的时空特征、带内应变动态分布和剪切带雪崩变形时拉伸试件的瞬态收缩变形;用固溶处理方法调节合金材料内部溶质原子浓度和析出纳米相颗粒大小与分布,观察到随之变化的锯齿与剪切带的时空特征演变,发现了溶质原子浓度与析出相颗粒这两种因素分别在不同固溶处理温度对动态应变时效起主导作用;建立了基于溶质原子与位错交互作用的物理唯象模型,得到不同加载应变率下与实验相符的锯齿形加载曲线,再现出锯齿形加载曲线和带反复传播的轨迹.