Cu-,46-Zr-,54-非晶合金剪切帶分子動(dòng)力學(xué)模擬及孔洞對(duì)剪切帶的影響.pdf

1、非晶合金具有強(qiáng)度高、彈性極限高、比強(qiáng)度高等特殊的力學(xué)性能。然而，非晶合金的變形機(jī)理與晶體材料不同。當(dāng)非晶合金受載超過(guò)一定限度時(shí)，剪切帶形核并擴(kuò)展。由于它缺少類(lèi)似于晶體材料中的位錯(cuò)等缺陷來(lái)改變和吸收局部集中的形變，塑性變形往往集中在剪切帶內(nèi)。剪切帶內(nèi)的塑性變形超過(guò)臨界值時(shí)，材料失效，但材料的其它區(qū)域仍處在彈性變形階段，使得非晶合金的宏觀塑性較差。剪切帶的形成機(jī)理被普遍認(rèn)為與非晶合金的特殊的原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，但目前尚未完全理解，且無(wú)法對(duì)剪切

2、帶的形成進(jìn)行預(yù)測(cè)。 本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法模擬Cu46Zr54非晶合金中剪切帶的形成和擴(kuò)展。在不同冷卻速率和壓力下，模擬出一系列Cu46Zr54非晶合金試樣，并對(duì)它們進(jìn)行單向壓縮和壓痕測(cè)試。通過(guò)分析不同試樣的熱力學(xué)量、徑向分布函數(shù)和HA鍵型指數(shù)，初步掌握了冷卻速率和壓力對(duì)微觀原子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。并且，通過(guò)對(duì)局部剪切應(yīng)變的可視化表征出Cu46Zr54非晶合金在外加載荷作用下剪切帶的形成和擴(kuò)展。 在較低的冷卻速率下得到

3、的Cu46Zr54非晶合金具有更致密的原子結(jié)構(gòu)，而且分步變速冷卻方法是模擬中獲得低冷卻速率的有效手段。在單向壓縮過(guò)程中，在低冷卻速率下獲得的樣品容易形成大型的剪切帶，而在高冷卻速率下獲得的樣品只形成一些均勻散布的剪切變形區(qū)域，并無(wú)連續(xù)的剪切帶形成。壓力在非晶合金形成時(shí)對(duì)非晶合金的原子結(jié)構(gòu)具有雙重影響：高的壓力有助于非晶合金中自由體積的減少，同時(shí)又抑制了原子的長(zhǎng)程擴(kuò)散。 非晶合金體系的微觀原子結(jié)構(gòu)決定著能否形成剪切帶以及引發(fā)剪切帶

4、所需的外部載荷的大小；局部應(yīng)力場(chǎng)的分布主導(dǎo)著剪切變形區(qū)域和剪切帶的形成位置與擴(kuò)展方向；非晶合金中原子熱漲落的幅度決定著原子的移動(dòng)性，影響塑性變形的集中程度及其宏觀力學(xué)性能。非晶合金隨著剪切帶的形成而發(fā)生剪切軟化現(xiàn)象，不同的非晶合金表現(xiàn)出不一樣的塑性變形行為。 對(duì)多孔非晶合金的模擬表明，孔洞的存在可以提高非晶合金的塑性和蠕變強(qiáng)度。在外加載荷作用時(shí)，孔洞垂直于外力方向的兩端成為應(yīng)力集中的區(qū)域，誘發(fā)了多剪切帶的形成。不同孔隙率的非晶合