锆基非晶合金在轧制时的自由体积与硬度变化

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1、摘要锆基非晶合金在轧制时的自由体积与硬度变化摘要非晶合金中的原子呈长程无序排列，其塑性变形机理完全不同于基于位错滑移的晶态材料。自由体积是非晶合金重要的结构特征，可用于表征其结构无序的程度，在非晶的变形过程中发挥着重要作用，对材料的力学性能具有明显的影响。但目前人们对非晶合金发生大塑性变形时自由体积变化规律的认识还很有限。本文选用具有良好玻璃形成能力和机械性能的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5和Zr60Al15Ni25块体非晶合金作为研究对象，根据构造基线消除仪器误差后的DSC曲线，定量测定了在

2、各种变形条件下非晶合金的结构驰豫焓，基于自由体积含量正比于结构驰豫焓的理论，系统阐述了预退火、变形速率和变形温度对非晶合金在轧制过程中自由体积及力学性能的影响。Zr65Al7.5Ni10Cu17.5和Zr60Al15Ni25块体非晶合金在应变速率从-2-10-11×10s到2.5×10s的范围内轧制，直到最大变形量95％，始终保持了非晶的结构状态，表现出了良好的结构稳定性。在变形过程中，非晶合金内不断产生剪切带，导致自由体积含量随变形进行而增大。但当应变量高于一定数值时，自由体积会加速聚集成为纳米孔洞

3、，从而使自由体积含量停止增加，达到饱和。预退火减小了变形前非晶合金的自由体积含量。对于I上海交通大学硕士学位论文Zr65Al7.5Ni10Cu17.5块体非晶合金，减小初始自由体积含量可以增大剪切带产生时自由体积的相对变化量，结果提高了自由体积的增加速率；但是对于Zr60Al15Ni25块体非晶合金，退火态与铸态试样的自由体积含量差别较大，导致变形中产生的剪切带数量减少，降低了自由体积的增加速率。室温下轧制非晶合金，增大应变速率会提高自由体积增加速率。但是，当应变速率大于一定值时，纳米孔洞或裂纹等缺陷

4、更多地产生，使非晶合金的自由体积加快湮灭，可能会导致其含量小于低应变速率时的变形。降低变形温度会导致自由体积的增加速率变小，是因为低温下自由体积运动能力减弱，原子间粘滞性增强。随着轧制的进行，非晶合金的硬度持续降低。自由体积的增多是其硬度下降的主要原因。当变形时自由体积的增加速率提高时，试样的硬度的下降速率也加快。当自由体积在一定应变量下出现饱和后，非晶合金的硬度仍然持续降低，表明剪纳米孔洞的形成同样可以导致非晶的硬度下降。关键词：锆基非晶合金，轧制，热分析，自由体积，力学性能II摘要CHANGESO

5、FFREEVOLUEMANDHARDNESSDURINGROLLINGOFZR-BASEDAMORPHOUSALLOYSABSTRACTAmorphousalloyspossessalong-rangedisorderedatomicarrangement,andtheirplasticdeformationiscompletelydifferentfromthatofthecrystallinematerialsinwhichthedislocationmotionplaysadominantrol

6、e.Asameasurementofthedisorderdegreeofamorphousalloy,freevolumeiscloselyrelatedwiththedeformationprocessofthesematerialsandhasobviousinfluenceonthemechanicalproperties.However,presentknowledgeregardingtheevolutionoffreevolumeduringsevereplasticdeformatio

7、nofmetallicglassesisverylimited.Inthispaper,Zr65Al7.5Ni10Cu17.5andZr60Al15Ni25bulkamorphousalloy,whichhavegoodglassformingabilityandmechanicalproperties,arechosenastheresearchobjects.Thestructuralrelaxationenergiesoftheamorphousalloywithvariousdeformati

8、ondegree,werequantitativelymeasuredbyusingthedifferentialscanningcalorimetry(DSC),inwhichtheinstrumentalerrorwasremovedbyconstructinganadditionalbaseline.BasedonthetheorythatthestructuralrelaxationenergyisdirectlyIII上海交通大学硕士学位论文p