Zr基塊體非晶合金電塑性變形行為的研究.pdf

1、塊體非晶合金的室溫脆性和難以加工性一直是阻礙其工業(yè)應(yīng)用的主要問題，如何改善塊體非晶合金的室溫脆性，提高其塑性變形能力，一直是非晶合金研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。近年來，脈沖電流作為一種新的技術(shù)手段被引入到塊體非晶合金的研究中，利用脈沖電流在非晶合金中顯著的熱效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)非晶合金的快速熱塑性成形，然而這種方法與非晶合金的傳統(tǒng)熱塑性成形相比，只是改變了加熱方式而已，并無法有效地避免非晶晶化的發(fā)生。大量的研究表明，脈沖電流在晶態(tài)金屬中存在提高材料塑

2、性的電塑性效應(yīng)，塊體非晶合金中是否存在這種低溫電塑性效應(yīng)，目前還沒有任何報(bào)道。在此背景下，本研究擬采用在塊體非晶合金拉伸變形中通入脈沖電流的方式，研究塊體非晶合金變形行為的變化，探索塊體非晶合金低溫電塑性的可能性。
　　電阻率是影響脈沖電流熱效應(yīng)的重要物理量，電阻率的大小強(qiáng)烈依賴于材料的溫度與結(jié)構(gòu)變化，因此，有必要對(duì)非晶合金的電阻率進(jìn)行測(cè)量和研究。首先，測(cè)量了 Zr55Cu30Al10Ni5、Zr61Ti2Cu25Al12和Zr5

3、2.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10三種 Zr基塊體非晶合金在連續(xù)升溫過程中的電阻率的變化，發(fā)現(xiàn)通過電阻率-溫度曲線的斜率變化可以很好地表征出非晶合金在升溫過程中的結(jié)構(gòu)弛豫、晶化及晶相轉(zhuǎn)變等過程，但非晶的玻璃轉(zhuǎn)變過程卻無法清晰地反映出來。非晶合金結(jié)構(gòu)中存在的局域原子團(tuán)會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生的有序-無序轉(zhuǎn)變，這可以用來解釋不同結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變引起的電阻率變化。利用電阻率法定義的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特征溫度也要比DSC測(cè)量的低很多。
　　其次，研究

4、了在脈沖電流下Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金的拉伸變形行為，發(fā)現(xiàn)脈沖電流能促使試樣發(fā)生明顯的塑性伸長(zhǎng)，不同的電流參數(shù)下，非晶試樣能夠獲得15％~20%的拉伸應(yīng)變量，而且試樣的抗拉強(qiáng)度和拉伸應(yīng)變量強(qiáng)烈地依賴于脈沖電流的電流密度、電流脈寬以及拉伸的應(yīng)變速率。拉伸過程中的溫度測(cè)量顯示，試樣在發(fā)生塑性變形時(shí)的最低溫度為280℃，這遠(yuǎn)小于非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)。試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均表現(xiàn)出類似于高溫不均勻粘滯性流變的特征，說明溫度在試樣

5、的變形行為上起到了主導(dǎo)作用，而脈沖電流自身的電子效應(yīng)會(huì)加速這個(gè)過程，促使塑性流變?cè)谳^低的溫度下發(fā)生。
　　最后，對(duì)變形后的試樣進(jìn)行 XRD、DSC和顯微硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)試樣在發(fā)生塑性變形后仍保持完好的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn) Tg和晶化點(diǎn) Tx都發(fā)生了一定程度的降低，試樣靠近斷口的大變形區(qū)比相鄰的小變形區(qū)含有更多的自由體積，沿試樣的軸線方向，隨著變形的減小，試樣的顯微硬度呈逐漸增大的趨勢(shì)。并結(jié)合“剪切轉(zhuǎn)變區(qū)”（STZ）模型，對(duì)非晶合金