Hf-基非晶合金的力学性能研究-论文.pdf

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1、第26卷第3期高压物理学报Vo1．26，No．32012年6月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICSJune，2012文章编号：1000—5773(2012)03—0333—05Hf_基非晶合金的力学性能研究王燕坡，孙宝茹，战再吉，王文魁(燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛066004)摘要：利用MTS810实验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)，对Hf44_CuzNi。．TiA1。块体非晶合金进行了准静态和动态压缩实验，应变速率范围为1O啊。～10。s_。，给出了不同应变速率下非晶合金

2、的应力一应变曲线，并对其压缩断口形貌进行了扫描电镜观察。结果表明：在准静态压缩条件下，HfCu。NiTiA1。非晶合金不具有应变速率敏感性，在由放射区和扇形区组成的断口形貌上观察到纳米级韧窝和60nm左右的周期性条纹结构；在动态压缩条件下，随着应变速率的增加，动态屈服强度明显减小，合金具有应变速率敏感性，同时断裂表面为夹杂着脉络条纹的絮状结构。进一步观察发现，动态压缩断口上存在3种特征断裂形貌：树枝状条纹、典型脉络花纹和合金熔体。关键词：Hf一基非晶合金；应变速率；断口形貌；绝热升温中图分类号：TG146．4文献标识码：A引言块体非晶合金由

3、于具有高弹性极限、高屈服强度、高硬度、高比强度以及其较好的耐腐蚀性而倍受人们关注口]。同时块体非晶合金的一些特殊性能也引起了人们的极大兴趣。其中采用非晶合金制造动能穿甲弹就是目前国际非常重视的研究方向l3]。贫铀合金过去被认为是最有效的穿甲弹弹芯用材料，但其爆炸后的放射性会严重危害人类健康和生态环境。贫铀合金之所以具有优异的穿甲性能，主要在于其具有极高的密度、高绝热剪切敏感性和高强度]。以钨合金为弹芯材料制成的弹头虽然也有很高的密度，但弹头在穿甲过程中会形成蘑菇状而变钝，因此大大降低了穿透深度。Hf一基非晶合金由于其高密度和优良的自锐性而成

4、为代替贫铀合金的首选材料。Li等通过透射电子显微镜(TEM)和x射线衍射(XRD)方法，研究了Hf一基非晶合金晶化过程的相析出产物。j。Zhang等对Hf一基非晶合金的准静态力学性能和非晶形成能力进行了研究]。Kecskes等研究了Hf一基非晶合金的动能穿甲性能_】。运用深共晶原理和井上三原则寻找到一种合理成分配比的多组元Hf一基非晶合金，并对其热稳定性、合金化效应及弹道性能进行了详细的分析。与同类Zr一基非晶合金相比，密度从7g／cm。提高到11g／cm。。本研究采用MTS810试验机和分离式Hopkinson压杆装置，对HfCu。NiT

5、iA1。块体非晶合金的准静态和动态力学性能进行了研究，分析了该非晶合金的应变速率敏感性、断裂机制及应变软化等动态力学行为，并对其断口形貌进行了详细观察。2实验方法实验所用材料为真空铜模浇铸法制备的Hf．CuNiTiA1。非晶合金，应用MTS810试验机和SHPB压杆装置研究其准静态和动态压缩性能。其中准静态压缩实验样品为直径3mm、长度6mm的非晶合金圆柱棒。动态压缩实验样品采用直径3．0mm，长度分别为3．0、4．5mm的非晶合金圆柱棒，*收稿日期：201o—lO—ll；修回日期：2Ol1-01—28基金项目：空间飞行器长寿命关键构件制备

6、与服役中的基础问题(2010CB731600)作者简介：王燕坡(1983一)，男，硕士，主要从事块体非晶合金的热稳定性及力学性能研究．E-mail：dcr96@163．com通讯作者：孙宝茹(1976)，女，博士，讲师，主要从事大块金属玻璃的制备及性能研究．E-mail：sunbaoru@ysu．edu．cn第3期王燕坡等：Hf-基非晶合金的力学性能研究335在放射区的裂纹起始阶段可观察到大量尺寸为200～600nm的韧窝结构，给出了局域塑性的直接证据。进一步观察发现，放射区中心存在一个50／2m左右的熔融液滴，表明非晶合金在断裂过程中，在

7、应力集中区所储存的大量弹性应变能瞬间释放，造成局部区域绝热升温，使合金断裂过程中发生了局部熔融。随着裂纹的扩展，在放射区末段可发现周期性排布的裂纹分支线结构，随着裂纹分支线的产生，韧窝结构大量减少，不规则条纹结构逐步形成。在扇形区的光滑处可观察到周期性排布的平行条纹结构，平行条纹的间距约6Onm。粗糙的放射区和平缓的扇形区证实了裂纹尖端的速度变化。裂纹前端与弹性波相互作用呈现出更加微观性的周期性波纹图案。相似的平整扇形区断口表面特征在Mg基及Ni基非晶的压缩断口经常出现“]，相应的文献资料中对其已进行了详细的介绍。3．2动态压缩实验结果3．

8、2．1Hf4．Cu：Ni。。．TiAI。非晶合金动态压缩应力一应变曲线不同应变速率下获得的Hf¨Cu。NiTiAI。非晶合金动态应力一应变曲线如图3所示。非晶合金具有较高的压缩强