大块金属玻璃的扭转力学性能研究

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大块金属玻璃(BMG)具有优良的力学、物理和化学特性,从而具有良好的科研价值和应用前景。本研究对最新通过铜模铸造法制备的具有良好非晶态形成能力的Fe75Mo5P10C7.5B2.5、Cu46.25Zr44.25Al7.5Er2和Ti41.5Zr2.5Hf5Cu42.5Ni7.5Si1(原子百分比)三种大块金属玻璃进行了扭转力学试验研究,并采用扫描电子显微镜(SEM)对断裂试样的断口进行了分析。对Fe75Mo5P10C7.5B2.5大块金属玻璃的纯扭力学性能研究发现:材料呈弹性响应,试样断裂沿着最大拉应力平面进行,与试样长轴方向呈45o角。材料的剪切强度( 510 MPa)远低于其抗压强度( 3280 MPa),表明该大块金属玻璃在不同的加载方式下具有不同的破坏机制。不同于其压缩破坏断口形貌,扭转载荷作用下该大块金属玻璃的断口形貌分为裂纹起始区、镜像区、雾状区和梳理区,没有表征塑性流动的脉状纹络,材料呈脆性断裂。对这三种大块金属玻璃的扭转疲劳力学性能研究发现:在循环扭转载荷作用下,这三种大块金属玻璃在加载的初始阶段都发生轻微的循环强化并随着循环圈数的增加剪应力迅速达到饱和。SEM分析表明Fe75Mo5P10C7.5B2.5大块金属玻璃与Cu46.25Zr44.25Al7.5Er2和Ti41.5Zr2.5Hf5Cu42.5Ni7.5Si1两种大块金属玻璃具有完全不同的疲劳断裂方式。循环扭转载荷作用下,Fe75Mo5P10C7.5B2.5大块金属玻璃疲劳裂纹沿着最大拉应力平面扩展,与其在纯扭载荷作用下的断裂方式相同,呈脆性断裂。而Cu46.25Zr44.25Al7.5Er2和Ti41.5Zr2.5Hf5Cu42.5Ni7.5Si1两种大块金属玻璃疲劳裂纹的扩展则沿着最大剪应力平面进行,符合Mohr-Coulomb准则和剪切带变形理论。这三种大块金属玻璃的疲劳断面都包含三个典型区域:疲劳裂纹起始、裂纹扩展和快速断裂区。疲劳裂纹萌生于材料铸造缺陷处,并在裂纹扩展区观测到由于疲劳裂纹钝化和分叉造成的疲劳辉纹。
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