应力诱导马氏体相变增韧铜锆基金属玻璃复合材料大弹性变形行为的微观机制研究

In this project, by using tension, compression, bending, multiaxial loading, supported by in-situ observation technique, the elastic deformation behaviors of metastable B2 phase toughened metallic glass composites processed by laser treatment and plastic predeformation will be investigaed. Firstly,by controlling the plastic predeformation method, the elastic deformation behaviors of the metallic glass composites will be observed and analyzed. Secondly, by laser treatment, the morphology of the B2 phase will be tailed, and the effect of B2 morphology on the elastic behaviors of the metallic glass composites will be investigated. Thirdly, the deformation coordination of the B2 phase and the amorphous matrix during the plastic predeformaiton and the second elastic loading will be studied. Based on the experimental observaion and theoretical analysis, the micromechanism of large elastic behavior in metallic glass composites toughened by metastable B2 will be revealed. These research results should be helpful for us to understand the deformation behaviors of metallic glass composites more deeply, and also useful to provide the important experimental results and theoretical consideration for designing new metallic glass composites with better performance properties.

以应力诱导马氏体相变增韧铜锆基金属玻璃复合材料为研究对象，采用激光处理等方法改变金属玻璃复合材料的第二相分布形态，采用拉拔、压缩、轧制和高压扭转等方法对金属玻璃复合材料进行预塑性变形，结合高速光学显微成像等宏观尺度和小尺度的原位观察技术，观察与分析预变形金属玻璃复合材料的大弹性变形行为，主要研究：1）预变形方式对应力诱导马氏体相变增韧金属玻璃复合材料弹性行为的影响；2）B2相分布形态对应力诱导马氏体相变增韧金属玻璃复合材料的界面力学行为；3）预变形和弹性二次加载条件下B2相和非晶基体的协同变形机制。通过深入分析金属玻璃复合材料的微观结构和力学行为之间的关系，揭示应力诱导马氏体相变增韧金属玻璃复合材料大弹性变形行为的微观机制。此研究目标的实现有助于深入认识金属玻璃复合材料的变形行为，并为设计具有优良弹性性能的金属玻璃复合材料提供理论支持和实验证据。

研究了Cu48Zr48-xAl4Nbx金属玻璃复合材料的室温拉伸变形行为。所有合金均表现出显著的加工硬化能力，这与B2-CuZr相的马氏体相变密切相关，其中球状B2-CuZr相分布均匀、体积分数约为10%的Cu48Zr47.2Al4Nb0.8金属玻璃复合材料由于Nb的添加降低了晶体相的层错能而表现出高强度和良好的塑性变形能力，优化了Cu48Zr48Al4合金的拉伸力学性能。.研究了Zr48Cu47Al4Nb1金属玻璃复合材料的剪切带萌生和扩展行为。发现通过B2-B19'转变，可以在B2-MG界面形成丰富的应力集中点，这些应力集中点是剪切带萌生和扩展的起源。虽然可以形成密集的剪切带，但是这些剪切带在扩展过程中会发生偏转和合并，形成大的剪切带，进而失稳开裂。因此为了达到较好的剪切带多重化和提高金属玻璃复合材料的塑性变形能力，必须控制B2相的大小和间距，使剪切带局限在B2相之间的狭小空间，从而减少剪切带的合并与失稳扩展。.制备了系列枝晶增强金属玻璃复合材料，获得了在拉伸载荷下的均匀变形能力。研究发现只有当约化加工硬化率达到临界值的时候，金属玻璃复合材料才能发生均匀塑性变形，即颈缩或应变局域化得到有效控制。对金属玻璃及其复合材料的几种变形和断裂方式进行了统一：当加工硬化率为或负值时，金属玻璃及其复合材料发生软化变形，从而导致剪切断裂；当约化加工硬化率为正值切小于1时，金属玻璃复合材料表现为弱硬化能力和较强的颈缩；当约化加工硬化率为正值切大于1时，金属玻璃复合材料表现为强硬化能力和均匀变形。.研究了 Zr48Cu47.5Al4Nb0.5金属玻璃复合材料的大弹性变形行为。经过一定程度的塑性预变形之后，该合金表现出较大的弹性变形能力，其弹性应变极限达到了2.7%，超过了块体金属玻璃的弹性应变极限（2%），更是超过了一般金属玻璃复合材料的弹性应变极限（小于2%）。并发现导致这一行为的根本原因是B2和B19'之间存在可逆应力诱导马氏体转变行为，预变形使金属玻璃基体和增韧相分别处于不同的应力状态，这种复杂的应力状态赋予金属玻璃复合材料具有单向大弹性应变极限的能力。