Zr基非晶合金納米壓痕變形行為及有限元模擬.pdf

1、隨著塊體非晶合金制備技術(shù)和研究技術(shù)的日益成熟，人們發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，這些優(yōu)異性能為非晶合金的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近年來，研究者們不斷采用高精度的納米壓痕技術(shù)和各種理論模型來探索非晶合金的微結(jié)構(gòu)和變形行為的關(guān)聯(lián)。目前一些針對(duì)非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的非均勻性研究表明，非晶合金存在納米級(jí)尺度的模量非均勻性。本文選用Zr48Cu32Ni4Al8Ag8塊體非晶合金(Zr-based bulk amorphous alloy,

2、Zr-BAA)為對(duì)象，通過納米壓痕和原子力顯微鏡及有限元模擬研究了Zr-BAA室溫納米力學(xué)行為及結(jié)構(gòu)非均勻性對(duì)其力學(xué)行為的影響。本文的主要結(jié)果如下：
　　1.室溫下Zr-BAA在不同加載速率的納米壓痕實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了pop-in事件，這些離散的pop-in對(duì)應(yīng)著單個(gè)或多個(gè)剪切帶的激活。低加載速率促進(jìn)更多明顯的鋸齒產(chǎn)生，高加載速率則抑制了鋸齒流變。保載階段的蠕變位移隨速率的增加而變大，此現(xiàn)象與過剩自由體積和加載階段位移在總位移中所占的比

3、例有關(guān)。
　　2.用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)保載階段的位移(h)-時(shí)間(t)曲線進(jìn)行了擬合，并計(jì)算出蠕變應(yīng)力指數(shù)，得出蠕變應(yīng)力指數(shù)隨加載速率的增加而降低，這是因?yàn)楦呒虞d速率下加載階段更多自由體積的積聚和較少自由體積的湮滅的聯(lián)合效應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生了較多的過剩自由體積，從而導(dǎo)致保載階段出現(xiàn)更多的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)(STZ)和均勻流動(dòng)。
　　3.用有限元法模擬了納米壓痕載荷(P)-位移(h)曲線。結(jié)果表明，Zr-BAA的變形行為較好地遵守Mohr-Coulo

4、mb準(zhǔn)則和Drucker-Prager準(zhǔn)則，說明正應(yīng)力對(duì)非晶合金的塑性變形有影響。不同屈服準(zhǔn)則下卸載后的應(yīng)力云圖顯示von Mises有效應(yīng)力在與壓頭接觸的區(qū)域達(dá)到最大值，暗示剪切帶形成的位置與von Mises有效應(yīng)力有關(guān)。
　　4.利用原子力顯微鏡(AFM)對(duì)納米壓痕形貌進(jìn)行了觀測(cè)。壓頭周圍有一些剪切帶，這與壓頭接觸區(qū)域下方的有效應(yīng)力最大相吻合。
　　5.研究了彈性模量的非均勻性(如高斯分布)對(duì)Zr-BAA納米壓痕行為的