非晶合金应力诱发微结构演化与塑性关系的研究

非晶合金塑性的提高有赖于剪切带的空间增殖，因而与合金在加载过程中微结构演化的空间特性有关，包括发生塑性变形的剪切带区域及在应力作用下的剪切带外部区域。本项目以不同基体、不同原始结构的非晶合金为研究对象，以应力诱发合金微结构变化作为切入点，通过探索合理的表征方法，揭示具有不同塑性变形能力的非晶合金中应力诱发微结构演化规律的差异，从一个新的角度来认识非晶合金的剪切带形成及空间增殖机制。将非晶合金在屈服点前后不同变形阶段、及剪切带内外不同变形区域的微结构演化有机地结合起来，突破仅对剪切带自身研究所获得信息的局限性，从整体角度来揭示非晶合金中剪切带的稳定扩展与失稳扩展问题、及剪切带空间增殖的微观机制。应力诱发非晶合金微结构演化规律的研究，不仅有助于表征非晶合金宏观塑性变形能力的新本征参数的提炼，而且可为进一步发展高塑性的新型非晶合金材料、探索韧化非晶合金的合适后处理工艺提供科学依据。

非晶合金塑性变形能力的提高，有赖于剪切带的有效增殖，剪切带增殖与加载过程中合金的微结构演化有关。该项目以具有不同塑性变形能力的单相非晶合金、及含B2相的非晶合金复合材料为研究对象，探索了在不同条件下的加载过程中，应力诱发合金微结构的变化、及其与合金塑性的关系性。研究结果表明：在低于表观屈服强度应力水平的预加载，可诱发单相非晶合金自由体积的增加，提高其剪切带增值能力；但是，对于含B2相的非晶合金复合材料，在类似应力水平的预加载会诱发B2相的“预马氏体转变”，降低马氏体相变对复合材料在后续变形过程中剪切带增殖能力的贡献，造成其力学行为的退化。在表观屈服强度应力水平的预加载可使单相非晶合金块体试样中缺陷附近区域发生局域剪切变形，诱发该区域的微结构软化，降低缺陷所造成的应力集中程度，使合金重新启动剪切变形的应力水平提高。与单相非晶合金类似，含有B2相的韧性非晶合金复合材料同样存在Tg 以下退火所造成的严重脆化现象，这种脆化现象不仅与退火引起非晶相中的自由体积湮灭有关，而且与退火引起B2相马氏体相变与非晶基体中剪切带增值的原位竞争、及交互作用程度降低有关。单相非晶合金与含B2相非晶合金复合材料应变速率敏感性的比较发现，复合材料的应变速率敏感系数受两种相的变形行为所影响，由于B2相在变形过程中的相变放热效应，决定了含B2相的非晶合金复合材料具有非常低的应变速率敏感系数。在动载条件下，虽然应力诱发B2相的马氏体相变同样也可以发生，然而，复合材料的力学行为却发生了严重的退化，这是由于动载条件不能提供足够的时间，做进B2相的马氏体相变与非晶相的剪切变形之间发生有效的交互作用，从而降低了合金的剪切带增殖能力。在低温拉伸应力状态下，非晶合金的拉伸断裂强度会显著下降，断裂模式也会发生变化，呈现出显著的韧脆转变现象，其本质与合金的本征临界剪切强度及本征临界拉伸强度在不同温度下的竞争结果有关。本项目的研究工作可为进一步发展高塑性非晶合金作为工程材料提供借鉴。