大块金属玻璃剪切带形成的“原位”压缩实验研究

对一种锆基大块金属玻璃材料进行了室温下的准静态SEM"原位"压缩实验,并对其剪切带行为进行了研究.测得的宏观应力应变曲线表现出理想弹塑性响应.对样品变形过程中和断裂后的表面剪切带斑图进行的分析表明,多重剪切带的形成及其交割和分叉行为能显著提升其金属玻璃材料的塑性变形能力.采用Mohr-Coulomb模型对其断裂偏离最大剪应力平面的现象进行了描述.基于金属玻璃塑性变形的自由体积模型,对剪切带交割点产生的纳米尺度空洞和微裂纹形成机理进行了分析.图6,参16.     

块体金属玻璃的物理时效——焓恢复研究

焓恢复是玻璃物理时效的一个重要特征,同时也是玻璃物理时效研究的常用方法之一．采用差热扫描热分析（DSC）的方法对Zr46.75Ti8.25Cu7．5Ni10—Be27.5大块金属玻璃的焓恢复进行系统的观测．DSC曲线上的亚玻璃转变温度瓦峰和“上颚突出”的演化表明块体金属玻璃的焓恢复具有典型性．对比分析研究发现自由体积模型本质上无法解释大块金属玻璃的焓恢复现象,而基于非线性和非指数性叠加的Hodge模型只能定性对焓恢复过程进行描述．结合块体金属玻璃的动力学研究结果对块体金属玻璃的焓恢复本质进行初步分析,认为块体金属玻璃的焓恢复是与其深过冷液体的动力学行为直接相关,进一步分析有待于进一步研究．研究显示大块金属玻璃是研究玻璃态物理时效问题的理想材料．深入认识金属玻璃中物理时效将有助于人们对玻璃本质的认识,同时也有助于人们有效使用和设计新型的大块金属玻璃．     

Ti_(35.37)Cu_(45.11)Ni_(8.88)Zr_(10.64)金属玻璃锯齿流变应力降对剪切带扩展的影响

采用万能实验机对Ti35.37Cu45.11Ni8.88Zr10.64大块金属玻璃进行室温压缩实验,研究了锯齿流变应力降对剪切带扩展的影响。实验结果表明:高塑性的大块金属玻璃压缩后表面呈现密集剪切带,且锯齿流变呈现非周期性。根据锯齿流变的变化,对剪切带的形成与扩展分4个区域进行研究,结果表明:区域Ⅰ为大量的剪切带萌生并快速长大的过程;区域Ⅱ为剪切带的稳定扩展,并且扩展的幅度大致相等;区域Ⅲ为剪切带的相互交割与滑移;区域IV为大部分剪切带扩展到整个样品,仅有少量剪切带进行缓慢扩展。     

块体金属玻璃基复合材料在拉伸荷载下的剪切带演化模拟

利用随机吸附算法构建了块体金属玻璃基复合材料的三维多颗粒单胞模型;借助自由体积本构模型,可以较好地描述块体金属玻璃变形中剪切带的萌生与扩展;引入周期性边界条件,保证了单胞模型应力及位移的连续性同时避免过度约束;在商业软件ABAQUS中对块体金属玻璃基复合材料在单轴拉伸载荷下的变形行为进行了有限元模拟,与实验结果进行对比验证了本文所采用的有限元模型的准确性,同时分析了材料变形过程中其内部剪切带的萌生及扩展演化规律。通过改变单胞模型中颗粒的体积分数、颗粒大小以及颗粒强度构建了不同微结构特征的块体金属玻璃基复合材料的细观模型,从而模拟研究了复合材料的细观结构对其拉伸载荷下剪切带的演化及变形行为的影响。     

TA2钛合金绝热剪切带起始实验研究

本文利用分离式霍普金森压杆加载TA2钛合金扁平帽型试样,结合高速红外测温与金相观察,分析动态加载下帽型试样受迫剪切的力学响应以及绝热剪切带温度演化,并讨论绝热剪切失稳起始条件.结果显示,TA2钛合金绝热剪切带起始时的温度约为470 K.在该温度下,材料热软化不足以引起本构软化,因此热软化可能不是绝热剪切起始必要条件,相反可能是由于剪切局域化带产生导致带内温度的急剧上升.以温度达到470 K时刻作为绝热剪切带起始条件,得到随加载率增大,帽型试样绝热剪切起始时的压缩位移随加载率增大呈下降趋势.     

金属切屑中绝热剪切变形

分析金属高速变形的绝热剪切塑性失稳现象,并引入金属切削领域,阐述金属切屑中热塑失稳机理,并讨论绝热剪切带的特征.     

金属玻璃微观结构与变形的关联性

金属玻璃,又称非晶合金,它是将高温下熔化的液体金属以极快的速度冷却,使金属原子来不及结晶,得到的固态合金是长程无序结构,没有晶态合金的晶粒、晶界存在。由于特殊的微观结构,使其具有高强度、高断裂韧性、高弹性极限和优异的耐腐蚀和软磁性能。但这种特殊的结构也导致了金属玻璃室温下拉伸塑性差、难以进行机械加工等问题,制约着其工业化大规模的生产和应用推广。本文整理了我们研究金属玻璃微观结构异质性的相关工作,探讨金属玻璃变形的演化过程和机理。分析微观结构异质性对金属玻璃变形过程中的剪切带形核、扩展和相互作用的影响,明确剪切带形成过程的结构信息,从而有效地控制剪切带软化程度,加深对金属玻璃变形过程中的原子团簇演变以及影响变形主要因素的认识,提高金属玻璃室温塑性变形能力。     

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。     

金属玻璃基复合材料率敏感性变形行为的数值模拟

基于已有的块体金属玻璃基复合材料(BMGCs)在室温准静态不同应变速率加载下的实验研究,拟运用有限元软件ABAQUS对BMGCs的率敏感性变形行为进行数值模拟研究,并将模拟结果与实验结果进行对比,验证有限元模型的合理性。金属玻璃基体和增韧相的本构模型分别采用自由体积模型和各向同性双线性Cowper-Symonds模型。将自由体积模型编写成用户材料子程序(UMAT),在有限元计算过程中调用该子程序来描述金属玻璃基体的变形行为,并利用von-Mises等效剪切塑性应变表征剪切带的萌生和扩展。然后分别假定增韧相表现率效应和不表现率效应,在这两种情形下进一步讨论不同应变率加载时复合材料中等效塑性应变的分布以及剪切带的萌生和演化规律,探讨BMGCs的率敏感性变形行为以及失效机理。结果表明:(1) BMGCs的率敏感性由基体和增韧相的率敏感性共同决定;(2)不管增韧相是否表现率效应,当应变速率越大时,BMGCs基体内剪切带扩展得越快,复合材料越容易发生破坏;(3)相比于增韧相不表现率效应,当增韧相表现率效应时复合材料的宏观塑性变形能力得到提升。     

Zr50Cu50金属玻璃形成过程中自由体积与玻璃态转变温度关系的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟了Zr50Cu50金属玻璃的形成过程,并获得了不同温度下合金的原子构型.借助金属玻璃中自由体积量等于金属玻璃与对应晶体的体积差理论提出一种自由体积湮没速度法,对Zr50Cu50金属玻璃形成过程中的临界玻璃态转变温度Tc以及热力学玻璃态转变温度Tg进行预测.用该方法确定出的Tc(969.5K)与利用模式耦合理论计算获得的Tc(978.4K)接近;Tg(731K)与利用平均原子体积随温度变化关系曲线确定的Tg(725K)相近.运用自由体积湮没速度法计算的Tc和Tg无需计算各温度下的原子扩散系数,节省了计算时间.     

淬 硬 轴 承 钢 锯 齿 形 切 屑 形 成 机 理

针对淬硬轴承钢在硬切削过程中产生的锯齿状切屑,建立了基于Abaqus/Explicit的正交切削热 力耦合有限元模型,仿真分析了AISI52100轴承钢在低、高速切削条件下锯齿状切屑的形成过程,其随时间变化的应力场、温度场和网格变形及其绝热剪切机理.结果表明：切削淬硬轴承钢时,首先在刀尖前方形成窄短的水平绝热剪切带;随着前刀面对工件材料的挤压作用增强,水平绝热剪切带由远离刀具的端部沿剪切平面扩展到自由表面;随着绝热剪切带的继续滑移,逐步形成了锯齿切屑而促使裂纹产生;切削速度效应加速了剪切带与自由表面交界处微裂纹的产生,并使微裂纹向刀尖扩展;第2变形区的摩擦对锯齿切屑起到了增强作用.     

冷却速率对Zr55Cu30Ni5Al10金属玻璃自由体积的影响

通过水冷铜模吸铸法和单辊甩带法分别制备了Zr55Cu30Ni5Al10块体金属玻璃及其金属玻璃条带。利用差示扫描量热法（DSC）和正电子湮没寿命谱（PAS）测试,定性给出了不同冷却速率导致的金属玻璃中自由体积的含量变化。     

大块金属玻璃及高熵合金的合金化作用

摘要研究了合金化对大块金属玻璃和高熵合金的组织和性能的影响．结果表明Nb元素能有效改善W纤维／Zr基大块非晶复合材料的界面结合状态,从而改善材料的力学性能;稀土Y元素大的原子半径,使合金形成的晶体产生附加的晶格畸变能,从而降低晶体的稳定性,进而使得合金玻璃形成能力也相应提高,所产生晶格畸变能的大小与形成晶体的致密度有关;Mg基大块非晶合金可以通过合金化生成长周期相韧化的复合材料,从而具有优异的塑性变形能力和比强度;高熵合金通过适当合金化手段能够形成以无序固溶体为主的组织,并具有不弱于大块非晶合金的室温力学性能．     

四川石棉田湾含矿石英脉成因探讨

通过磨西剪切带硅质白云岩和千糜岩岩石化学特征研究 ,论证了千糜岩是由硅质白云岩经剪切变形和变质作用而形成的。由磨西剪切带中千糜岩质量平衡分析表明 :以 Ti O2 守恒为限制条件 ,该剪切带损失了 6 2 %的体积 ;且同原岩 (硅质白云岩 )相比 ,千糜岩有 Si O2 损失 ;指出各种形态的石英脉是 Si O2 经运移和聚集而形成的     

CuZr非晶的微结构和力学性能研究

为了研究非晶态金属内部结构与其力学性能的关系,本文采用磁控溅射法制备了2种不同原子组成的CuZr非晶薄膜(Cu55Zr45和Cu65Zr35),并对其进行退火。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对退火前后非晶薄膜的结构进行表征,采用纳米压痕仪对非晶薄膜的力学性能进行测试,研究了非晶薄膜中自由体积含量和原子组成对其硬度、应变速率敏感性指数和剪切带变形形貌的影响。结果表明:在低于玻璃化温度Tg(约700K)时,退火会导致非晶薄膜的短程有序性增加,不同原子构成的非晶自由体积含量也明显不同,这2种不同的结构变化对非晶薄膜的力学性能具有不同的影响;非晶的应变速率敏感性取决于自由体积含量的多少,非晶在压痕变形过程中产生的剪切带数量则由短程有序的原子结构和自由体积共同决定;此外,在压痕下方会伴随有非晶晶化现象的发生。     

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)大块金属玻璃的晶化行为研究

分别在603 K、653 K、683 K、723 K、753 K、793 K和0.5 h、1 h、2 h、3 h、5 h的保温时间下对Zr55Al10Ni5Cu30大块金属玻璃进行了退火热处理.采用x射线衍射(XRD)法分析了退火后Zr55Al10Ni5Cu30大块金属玻璃的弛豫和晶化相析出的过程,计算了不同温度下结晶度和纳米晶粒尺寸的大小.通过差示扫描量热(DSC)法分析了Zr55Al10Ni5Cu30大块金属玻璃的热稳定性.Kjssinger曲线分析表明,Zr55Al10Ni5Cu30大块金属玻璃弛豫后晶化激活能高于其淬态的晶化激活能,退火温度对大块金属玻璃热稳定性有显著影响.     

轴向浮力驱动下的旋转圆筒热对流稳定性

研究了热对流驱动下的同轴旋转圆筒的线性稳定性问题. 模拟内外圆筒温差引起的热浮力采用了Boussinesq假设, 双圆筒同向旋转, 其半径比为0.5, Prandtl数为0.709. 通过分析发现, 由于圆筒旋转离心失稳和热浮力剪切失稳两种机制的互相竞争, 临界失稳中性曲线发现间断现象, 失稳模态产生跳跃, 形成“孤岛”效应. 在研究稳定性问题的同时还对求解圆筒稳定性问题的数值方法进行了研究和探讨.     

考虑土体软化的隧道盾构掘进界面稳定性分析

岩土工程中的许多土体有应变软化行为,这种软化行为能导致应变局部化,进而对土体的稳定性有重要影响．首先研究饱和砂土的排水平面应变压缩试验的剪切带的形成,进行数值分析,预测了实验现象．然后,考虑土体应变软化盾构掘进面失稳的影响,对深埋隧道的盾构掘进进行三维数值分析,对比分析渗流条件下应变硬化模型和应变软化模型以及应变软化条件下考虑渗流与未考虑渗流模型之间的区别．分析表明,土体应变软化更容易导致盾构掘进界面失稳,使得开挖面的极限支护压力和地表沉降增大、塑性区扩展比没有应变软化的土体更大．探讨了诸如内摩擦角、黏聚力等土质应变软化参数的变化对盾构掘进界面稳定性的影响,发现内摩擦角软化的影响较大,黏聚力次之．最后,对天津地铁9号线的一段盾构掘进进行了模拟,其结果与工程实测数据相吻合．     

加热对AZ31B/7075爆炸复合板界面的影响

对镁铝爆炸复合材料AZ31B/7075进行了300~400℃的加热处理。用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及力学性能试验机对复合界面结合区进行了组织观察、成分线扫描、剪切强度测试,分析了复合界面结合区加热时的变化。结果表明:随加热温度升高和保温时间延长,复合界面结合区组织形成再结晶且晶粒长大,爆炸组织特征完全消失,转变为具有一定厚度的由镁、铝互扩散形成的扩散层;扩散层组成按镁基固溶体-铝基固溶体、镁基固溶体-A l3Mg2-铝基固溶体、镁基固溶体-A l3Mg2-A l12Mg17-铝基固溶体的次序演化,其厚度增加主要是金属间化合物层的厚度增加所致;界面剪切强度因加热后扩散层中金属间化合物形成而降低,界面剪切断口也因扩散层中脆性金属间化合物的存在而表现为脆性断裂特征。     

高速切削淬硬钢主剪切区绝热剪切失稳微观机理研究

使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对高速切削淬硬30CrNi3MoV高强度钢形成的锯齿状切屑主剪切区内材料微观特征进行了观察,并对绝热剪切失稳的微观机理进行了分析.微观观察和分析结果表明,绝热剪切带中心由平均直径0.4～0.6μm的细小等轴晶粒组成,过渡区内为碎化并沿剪切方向拉长的马氏体板条组织.锯齿状切屑的形成应归因子主剪切区材料绝热剪切失稳的发生,在此过程中,动态回复和再结晶成为微结构演化的主要冶金过程,绝热温升起到了关键作用.等轴晶组织的形成机制为旋转式动态再结晶.