Zr基大塊非晶合金在過(guò)冷液相區(qū)中的塑性變形行為及有限元模擬.pdf

1、本論文利用X射線衍射分析儀（XRD）、示差掃描量熱儀（DSC）、Zwick/Roell力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)和HV-1000型顯微維氏硬度計(jì)等系統(tǒng)研究了Zr55Cu30Al10Ni5大塊非晶合金的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)中的塑性變形行為以及變形后的結(jié)構(gòu)和性能，并采用DEFORM-3D有限元軟件對(duì)Zr55Cu30Al10Ni5大塊非晶合金在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了有限元方法（Finite element method，F(xiàn)EM）的數(shù)值

2、模擬。 采用電弧熔煉/銅模吸鑄技術(shù)制備了直徑為3mm的大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5。DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5具有合適的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和寬廣的過(guò)冷液相區(qū)；通過(guò)繪制大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的TTT曲線，為其在過(guò)冷液相區(qū)的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)選擇了一系列的成形溫度和應(yīng)變速率。 利用Zwick/Roell力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)研究了Zr55Cu30Al10Ni5大塊非晶合金在過(guò)

3、冷液相區(qū)中（417℃～452℃）、應(yīng)變速率5×10-4s-1～1×10-1s-1條件下的塑性變形行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)的塑性變形行為強(qiáng)烈依賴于溫度和變形速率。在低的應(yīng)變速率和高的成形溫度下大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的流變特征表現(xiàn)為牛頓流變，而在高的應(yīng)變速率和低的成形溫度下大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的流變特征由單一的牛頓流變轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥ｎD流變。由此，大塊非

4、晶合金Zr55Cu30Al10Ni5在過(guò)冷液相區(qū)的最佳成形區(qū)域?yàn)椋?37±5℃，應(yīng)變速率1×10-3s-1 ～1×10-2s-1。采用XRD、DSC和顯微維氏硬度計(jì)等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)研究了塑性變形行為對(duì)大塊非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性和硬度值的影響。研究表明：成形后的樣品基本保持原有的非晶結(jié)構(gòu)，但晶化焓有所減少，顯微硬度值均有所提高。 采用三種不同的模型嘗試建立非晶合金關(guān)于流動(dòng)應(yīng)力、應(yīng)變速率和溫度的本構(gòu)方程

5、。通過(guò)對(duì)VFT方程的擬合表明：Zr55Cu30Al10Ni5大塊非晶合金具有強(qiáng)玻璃形成能力的物理本質(zhì)。基于超塑性流變本構(gòu)方程，系統(tǒng)地?cái)M合了Zr55Cu30Al10Ni5大塊非晶合金在溫度分別為427℃、437℃和447℃時(shí)的系數(shù)K和m，此方程適用于牛頓流變區(qū)域。基于應(yīng)力松弛流變力學(xué)本構(gòu)方程，確定了流動(dòng)應(yīng)力、應(yīng)變速率和溫度的關(guān)系，推導(dǎo)出了適用于Zr55Cu30Al10Ni5大塊非晶合金在過(guò)冷液相區(qū)內(nèi)非晶相的力學(xué)本構(gòu)方程，并對(duì)應(yīng)力松弛流變力