Zr基块状金属玻璃在准静态弯曲下的力学行为

利用三点弯曲的方法, 研究了Zr􀀂Cu􀀂A l􀀂N i系块状金属玻璃的准静态弯曲变形和断裂行为.

2009年 12月第30卷第4期郑州大学学报(工学版)

JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Dec 2009Vol 30 No 4

文章编号:1671-6833(2009)04-0089-04

李福山,孔超,杨会智,任晨星,王松杰,周家旭,和林林

(1.郑州大学材料科学与工程学院,河南郑州450001;2.河南工程学院数理科学系,河南郑州451191)摘要:利用三点弯曲的方法,研究了Zr Cu Al Ni系块状金属玻璃的准静态弯曲变形和断裂行为.在室温下,准静态三点弯曲变形过程主要表现为弹性和塑性变形,塑性变形阶段没有出现加工硬化现象并且锯齿形流变不显著,挠度值最高为4.11mm,显示出较好的塑性.SEM分析发现:弯曲试样受力状态复杂,表面剪切带并不是沿理论最大切应力方向扩展,弯曲试样内部压应力区的断口形貌与压缩实验断口相似,主要为脉状断口;不同的是在单向拉伸时呈现菊花状形貌,而在拉应力区,呈现出复杂的网状形貌,并发现大量的微孔和微裂纹,表明剪切带的形成与自由体积合并有关.关键词:块状金属玻璃;三点弯曲;机械性能;自由体积中图分类号:TG14 文献标识码:A

0 引言

块状金属玻璃不存在晶界、位错等晶态材料

所特有的结构缺陷,其变形机理与晶态材料不同,导致其具有高强度、高硬度以及较低的弹性模量等独特的力学性能以及优良的耐磨性能,因此受到广泛关注.研究表明:室温下块状金属玻璃的塑性变形只局限于非常细的剪切带内,为非均匀变形.可以说,块状金属玻璃在宏观上呈现脆性断裂,但在微观上表现出一定延性

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此成分块状金属玻璃的玻璃形成能力 T值可达83K,可以在较大的范围内避免由于表面缺陷导致的材料瞬断.此合金在室温下还具有良好的塑性,抗拉强度能达到2200MPa,塑性应变率接近5%,能够满足实验要求.实验采用高纯原材料(纯度>99.8%),在氩气的保护下用电弧熔炼制成母合金,再利用铜模喷射的方法制备出杆状试样;采用PHILIPSPW1700型X衍射仪对制得的杆状试样进行分析,衍射图曲线呈现漫散射的宽化峰,为非晶态;再将杆加工成直径为2mm,长度为30mm的圆棒;室温下,在ZwickRoellZ030型三点弯曲试验机上进行准静态三点弯曲实验,应变速率分别为2.5 10

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.近年来,

人们虽然对块状金属玻璃的变形行为进行了广泛

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研究,但对其变形机理的研究还不透彻,特别是对块状金属玻璃的弯曲行为研究较少.棒状试样的弯曲行为不同于压缩和拉伸,弯曲试样内部应力状态复杂,其性能所体现的是拉应力以及压应力等多种应力综合的结果.笔者在不同应变率下进行室温三点弯曲实验,对剪切带的形成和扩展的微观机制以及断口形貌进行分析,进一步研究块状金属玻璃的弯曲断裂行为.

s、5 10

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s和8.3

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10s.由于此合金强度较高,为保证压头不

损坏和试验数据的准确,三点弯曲试验采用特制的压头,压头的基体材料为普通轴承钢,在与试样接触位置镶嵌抗压强度较好的、直径为5mm的Al2O3陶瓷棒;最后在PhilipsQuanta 2000型扫描电镜下观察剪切带和断口的微观形貌.

1 三点弯曲实验方法

由于弯曲实验对材料的表面要求较高,因此所选非晶合金的玻璃形成能力要好,本实验所用的合金成分是Zr65Cu15Ni10Al10,经广泛研究证明

2 结果与讨论

图1为Zr基块状金属玻璃试样在不同应变速率下的三点弯曲变形曲线,其中试样A由于实验条件所限没有断裂.图1插图为试样A的弯曲

收稿日期:2009-04-02;修订日期:2009-07-10

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50871105),河南省自然基金资助项目(072102230030)