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Zr基非晶合金的塑性变形及数值模拟

作　者: 拓雷锋
导　师: 党淑娥；闫志杰
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料学
关键词: 非晶合金晶化塑性变形有限元模拟应力、应变
分类号: TG139.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 98次
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内容摘要

非晶合金具有一系列优异的性能,在热力学上处于亚稳态,加热至一定温度时会发生晶化,晶化后均匀分布在非晶合金基体上的纳米晶能大大改善非晶合金的力学性能与磁性能。因此,晶化动力学成为非晶合金研究领域的热点之一。塑性变形同样能够诱导非晶合金的晶化,并且有望成为制备新型非晶基复合材料的有效手段。非晶合金在工程应用中,不可避免地会发生塑性变形,其产生的结构变化会对材料的各种性能将会产生影响。因此,了解塑性变形诱导非晶合金晶化的微观机制具有重要的科学意义和工程应用价值。通常情况下我们借助试验仪器来观察塑性变形区域的微观结构变化,但是内部力的分布情况无法用肉眼观察到,只能通过复杂的数学和力学计算以表达式的形式来描述。有限元模拟则可以一目了然的看到应力的大小以及分布,因此采用该方法来研究塑性变形过程很有意义。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HREM)观察了室温压痕和轧制后非晶合金微观结构的变化、利用DSC研究了非晶合金自由体积变化,并且采用了DEFORM-3D分别对Zr60Al15Ni25非晶合金的轧制以及Zr65Al7.5Ni10Cu12.5Ag5非晶合金的维氏压痕进行了有限元模拟,观察变形区域的应力、应变分布,结合试验结果探讨塑性变形诱导非晶合金晶化的微观机制。试验发现在维氏压痕区域发生了晶化现象,并且压痕正下方尖端区域、棱区域和其他区域的微观结构变化不一致,压痕模拟的结果发现在维氏压痕尖端区域和棱区域的应力、应变明显大于其他区域,尖端区域大于棱区域。轧制采用了连续轧制的方式,即在前一轧制变形量的基础上进行下一变形量的轧制,压下量以10%的增量轧至90%,同样引起了微观结构变化,当变形量达到一定程度时,以剪切带的形式发生了非均匀塑性变形,轧制模拟的结果显示在轧制变形量达到50%时,在轧辊正下方以及试样的横截面上三向应力、应变的分布均呈现了一定的变化规律。局部区域的X、Y和Z三向压应力值均超过了屈服强度,发生了塑性变形,产生剪切带。结合试验结果与有限元分析的结果,并且借助自由体积模型,不难发现非晶合金微观结构变化与应力的分布有着密切的联系,有力的支持了非晶合金在塑性变形过程中发生晶化的动力源为力效应而非热效应的观点。

Zr基非晶合金的塑性变形及数值模拟

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