多孔W/Zr基非晶合金复合材料的原位微观力学行为研究

与传统金属基复合材料相比，非晶合金复合材料的母相（非晶合金相）具有更高强度和无明显延展性的特点，这必然会导致这两类复合材料表现出极大的力学行为差异。掌握非晶合金复合材料内残余应力分布和形变过程中两相微应力演化规律及对应的微观组织变化是深入理解其变形、断裂机理的关键。本项目拟以多孔W/Zr基非晶合金复合材料为研究对象，并对其进行静液挤压强化处理，考虑形变强化复合材料微观结构的各向异性，利用原位同步辐射高能X射线衍射技术，通过研究上述复合材料内部残余应力大小、分布和形变过程中两相微应力演化、载荷传递和承载分布等微观力学行为的区别与联系，揭示挤压前后多孔W/Zr基非晶合金复合材料基于多种微观组织量控制的微观力学行为，阐明该复合材料产生极大压缩塑性的物理本质和静液挤压强化的物理机制。

与传统金属基复合材料相比，非晶合金复合材料的母相具有更高强度和无明显延展性的特点，因而其力学行为明显不同于传统金属基复合材料。本项目以铸态和静液挤压预变形多孔W/Zr基非晶合金复合材料为研究对象，采用基于同步辐射的高能X射线衍射技术（HEXRD）和有限元模拟方法（FEM），重点分析了复合材料热残余应力的大小、分布，以及准静态加载过程中两相的应力演化、载荷传递和承载分布等微观力学行为。.主要研究成果如下：.对铸态复合材料进行热残余应力分析，发现三个主应力方向上，W相受压应力，非晶相受拉应力。随着W相体积分数（Vf）的增加，W相热残余应力降低，而非晶相中的热残余应力增加。相比铸态复合材料，预变形复合材料中W相的热残余应力略有降低，说明因静液挤压引起的残余应力可忽略不计。.在室温单次压缩实验中，由于两相弹性应变不匹配，铸态复合材料在变形初期，W相是主要承载相，随着外加应力的增加，W相首先发生屈服，随后非晶相成为主要承载相，非晶相的屈服强度高于复合材料的屈服强度。预变形复合材料两相应力承载过程与铸态复合材料相似，但非晶相的屈服强度低于复合材料的屈服强度。与相间微应力相比，W相的晶粒取向相关微应力始终较低。.循环压缩实验条件下，W相屈服强度随Vf的增加而降低，而加工硬化程度随Vf的增加而更加明显，这是由于未屈服的非晶相对W相位错的扩展形成阻碍，从而提高了W相屈服强度；而在非晶相屈服之后，阻碍位错扩展的能力减弱，位错倾向于在W相内部缠结。由于两相体积分数差异和两相应力不匹配，导致非晶相的屈服强度随Vf的升高而降低。.预变形复合材料中W相及非晶相的屈服强度均明显高于铸态复合材料，说明预变形对W相的强化作用明显，从而提高了预变形复合材料的整体屈服强度。变形过程中，被拉长的非晶相受到W相的高侧向约束，导致非晶相塑性的提高。由于两相应力不匹配现象减弱，故两相界面处未发生明显的应力集中，界面不易分离，因此预变形复合材料的塑性较铸态复合材料并无明显降低。