非晶合金锯齿流变过程中剪切带的动态演化和稳定性研究

At low temperatures, metallic glasses often deform by the formation of shear bands. Understanding the formation and propagation mechanism of shear bands is central to plastic deformation of metallic glasses. However, it is difficult to characterize the shear banding process　experimentally due to its highly localization both in space and time. As the temporal reflection of shear banding, serrated flow provides an excellent opportunity to investigate shear banding process in metallic glasses. In this project, we aim to in-situ capture the evolution of dynamic properties of a single shear band during serrated flow by utilzing the relation between serrated flow and shear bands in compression of metallic glasses, to understand the shear band propagation and arrest mechanism. Based on this, we will further investigate the effects of various intrinsic(composition, Young's modulus) and extrinsic (loading rate and temperature, machine stiffness, etc) factors on the serrated flow behavior. The dependence of shear band dynamic evolution and stability on these factors and the correlation between the shear banding process and macroscopic deformation behavior of metallic glasses will also be investigated and discussed. The theoretical results will enhance our ability to control and design the plastic deformation behavior of metallic glasses.

剪切带是非晶合金低温塑性变形的基本特征，其产生和扩展机制一直是非晶合金塑性变形研究中的核心问题。然而由于剪切带的高度时空局域化特征，从实验手段来直接表征和分析剪切带行为变得异常困难。锯齿流变行为是剪切带时域行为的表现，这为研究非晶合金的剪切带行为提供了一个突破口。本项目拟利用压缩过程中锯齿和剪切带的对应关系，采用先进的实验手段原位捕捉单个剪切带在锯齿流变过程中的动态性质变化，以此分析剪切带的运动扩展和阻止机制，建立剪切带在锯齿流变过程中的一般运动规律；在此基础上，系统研究非晶成分和尺寸、弹性模量、加载速率和测试温度、测试仪器刚度等各种内在和外在因素对锯齿流变行为的影响，揭示这些因素对剪切带运动演化、运动模式转变以及稳定性的影响规律和物理机制，深入探讨剪切带的运动演化特征和非晶合金宏观塑性的关联及物理本质。本项目的研究结果将为从剪切带层次控制和设计非晶合金的塑性和变形行为提供理论依据。

剪切带是非晶合金低温塑性变形的基本特征，其产生和扩展机制一直是非晶合金塑性变形 研究中的核心问题。然而由于剪切带的高度时空局域化特征，从实验手段来直接表征和分析剪切带行为变得异常困难。锯齿流变行为是剪切带时域行为的表现，这为研究非晶合金的剪切带行为提供了一个突破口。本项目利用压缩过程中锯齿和剪切带的对应关系，采用先进的实验手段原位捕捉单个剪切带在锯齿流变过程中的动态性质变化，以此分析剪切带的运动扩展和阻止机制，建立剪切带在锯齿流变过程中的一般运动规律；在此基础上，系统研究了非晶成分和尺寸、弹性模量、加载速率和测试温度、测试仪器刚度等各种内在和外在因素对锯齿流变行为的影响，揭示这些因素对剪切带运动演化、运动模式转变以及稳定性的影响规律和物理机制，揭示了剪切带的运动演化特征和非晶合金的宏观塑性的关联及物理本质。项目执行期间，在包括Nature Communications, Physical Review Letters, Acta Materialia等期刊发表论文18篇，申请发明专利4项，协助培养博士生2名（已毕业），硕士生2名（已毕业），负责人获得国家自然科学基金委优秀青年基金项目的资助。本项目的研究结果将为从剪切带层次控制和设计非晶合金的塑性和变形行为提供理论依据。