内生枝晶增塑锆基块体金属玻璃复合材料

利用熔体水淬法制备了内生bccβ-Zr固溶体增塑的Zr56．2Ti13．8Nb5．0Cu6．9Ni5．6Be12.5块体金属玻璃基体复合材料．β相呈发达的树枝状,体积分数约为30％．室温单轴压缩时,复合材料失效前的纯塑性应变达到10．2％,并具有2．0％的弹性应变极限和1788 MPa的极限断裂强度．显微观察表明,压缩变形后的试样表面均匀分布着大量波浪形剪切带．

陶瓷颗粒增强Mg_(65)Cu_(20)Zn_5Y_(10)块体金属玻璃复合材料

在块体玻璃形成合金Mg65Cu20Zn5Y10中添加10％(体积分数)的SiC或15％的TiB2陶瓷颗粒,经铜模浇铸形成块体金属玻璃复合材料.这些第二相颗粒的引入对基体合金的玻璃形成能力未产生明显的不良影响.陶瓷第二相颗粒弥散分布于金属玻璃基体上.复合材料的轴向压缩断裂强度达到1 GPa,为Mg65Cu20Zn5Y10块体金属玻璃的1.2倍. Mg65Cu20Zn5Y10块体金属玻璃的断裂发生于弹性形变阶段,断裂前几乎观察不到塑性形变.与之相对照,含有TiB2颗粒的复合材料断裂前可表现出约0.9％的塑性应变.

高强韧Ti-Ni基块体金属玻璃复合材料高温变形行为

采用水冷Cu坩埚悬浮熔炼-Cu模吸铸法制备了Ti-Ni基块体金属玻璃复合材料(BMGCs)试棒,研究了合金的微观组织、热力学行为以及室温和高温力学性能。结果表明,该铸态合金组织由非晶基体和过冷奥氏体及热致马氏体组成,且晶体相尺寸由表及里增大。在室温压应力加载时,合金表现出优异的综合力学性能,其屈服强度为1286 MPa,断裂强度为2256 MPa,且塑性应变为12.2%。在过冷液相区压应力加载时,合金在高的变形温度和低应变速率下,表现出近Newtonian流变特征,其最佳变形温度为T>480℃且与过冷液相区(SLR)的交集部分。温度为560℃、应变速率为5×10-4s-1时,合金应力敏感指数m和能量耗散率y分别为0.81和0.895。

80%钨纤维增强锆(Zr)基块体金属玻璃复合材料长杆弹侵彻钢靶实验研究

本文在765-1766m／s速度范围内，对钨纤维体积分数为80％的增强锆（Zr）基块体金属玻璃复合材料长杆弹进行侵彻Q235钢靶的穿甲试验，对残余弹体进行宏、细观观测，研究弹体材料的失效破坏模式。穿甲试验表明，在大于1000m／s速度侵彻时，钨纤维非晶弹拥有头形自锐能力，表现出优秀的侵彻能力。弹材变形和破坏主要发生于弹体头部边缘层，呈局域化和尖锐化特点，而且边缘层厚度在整个高速穿甲过程中保持动态平衡。由于非晶基体作用，弹体材料易发生剪切断裂等破坏，通过流动形成质量侵蚀并导致弹体头部边缘层形成自锐。

块体金属玻璃及其复合材料的压缩剪切特性和侵彻/穿甲“自锐”行为

块体金属玻璃及其复合材料以其优异的力学、物理和化学性能,正成为国内外科技和工程领域的研究热点.特别是金属玻璃复合材料具有高剪切敏感性和剪切"自锐"特性,使其有可能成为新型穿甲弹芯材料,因而具有重要的军事意义.本文综述了针对块体金属玻璃及其复合材料的压缩剪切变形和断裂特性及高速冲击、侵彻/穿甲过程中剪切"自锐"行为等方面的研究进展,包括相关实验研究、理论分析及有限元模拟等,最后给出未来相关工作的一些建议.

金属网对玻璃纤维复合材料低速冲击的影响

为优化复合材料在新能源汽车电池壳体中的应用,文章研究了铝合金金属网对玻璃纤维编织复合材料低速冲击损伤特性的影响。在12、16、20、24和28 J 5种能量的冲击下,利用落锤试验机对4种孔径的铝合金金属网玻璃纤维复合材料板进行冲击试验,通过试验选出孔径为2[KG*4]mm×3[KG*4]mm的铝合金金属网加入玻璃纤维铺层,通过改变金属网铺层数和冲击能量来研究其对复合材料力学性能的影响。从复合材料载荷峰值、最大凹陷位移、能量吸收和损伤机制等方面分析铝合金金属网对复合材料抗冲击性能的影响规律。研究发现:金属网孔径越大,复合材料抗冲击性能越差,损伤越严重;加入多层金属网的复合材料,其抗冲击性能得到明显提升。

熔体处理温度对块体金属玻璃基复合材料组织和力学性能的影响

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法在不同的熔体处理温度下制备出直径3 mm的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)96Fe4合金试样,研究了熔体处理温度对(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)96Fe4块体金属玻璃基复合材料的力学性能和组织的影响。结果表明,熔体处理温度降低,复合材料的晶化趋势增加,压缩断裂强度和塑性应变增加。铸造电压7 kV时制备的试样其塑性应变达5.85%,并呈明显的"加工硬化"现象,压缩断裂强度达到2 203 MPa。通过调控熔体处理温度,制备出铸态内生球形金属间化合物/块体金属玻璃基复合材料,而且铸态内生球形金属间化合物相在不降低复合材料的断裂强度的同时却能显著地改善复合材料的塑性,并对其增塑机制进行了分析。

块体快凝金属基SiO_2-B_2O_3玻璃复合材料制备新思路

利用玻璃相不触发过冷合金熔体形核及凝胶玻璃高温稳定性的特点,首次提出将深过冷快速凝固技术、sol-gel玻璃制备技术和合金元素界面吸附理论相结合,制备出以纳米级网状SiO_2-B_2O_3凝胶玻璃作为增强相、具有快凝材料特性的块体金属基SiO_2-B_2O_3玻璃复合材料的新思路。

含B2-CuZr相CuZr基块体金属玻璃复合材料应变速率敏感性的变化（英文）

通过应变速率跳跃模式下的单轴压缩试验,研究了含有不同体积分数B2-CuZr相的CuZr基块体金属玻璃复合材料的应变速率敏感性。结果发现,随着B2-CuZ r相体积分数的增加,在3.7×10-5 s^(-1)至3.7×10-3 s^(-1)的应变速率范围中,该复合材料的应变速率敏感指数可由负值变化为正值。但是,对于B2-CuZ r相体积分数高达约80%的复合材料,其应变速率敏感指数的正值仍然是反常的低。这一现象与B2-CuZ r相自身力学行为所呈现的有限应变速率依赖性有关,是由于变形过程中B2-CuZ r相的马氏体相变效应所致。研究结果显示,CuZr基块体金属玻璃复合材料的极限应变速率敏感性受制于B2-CuZr相。

块体金属玻璃基复合材料拉伸和压缩不对称行为的有限元模拟

利用有限元软件ABAQUS,建立了三维细观力学有限元模型,对内生晶相增韧金属玻璃基复合材料的拉伸、压缩应力-应变曲线进行模拟。模拟中采用Drucker-Prager准则描述金属玻璃拉、压强度不对称的行为。与实验结果的比较表明,Drucker-Prager模型能够比较准确地描述复合材料的拉伸、压缩应力-应变曲线,但是由于没有考虑材料自身特殊的变形机理,对金属玻璃基复合材料在单调拉伸中的硬化和软化行为的模拟还有待改进。

块体金属玻璃基复合材料在拉伸荷载下的剪切带演化模拟

利用随机吸附算法构建了块体金属玻璃基复合材料的三维多颗粒单胞模型;借助自由体积本构模型,可以较好地描述块体金属玻璃变形中剪切带的萌生与扩展;引入周期性边界条件,保证了单胞模型应力及位移的连续性同时避免过度约束;在商业软件ABAQUS中对块体金属玻璃基复合材料在单轴拉伸载荷下的变形行为进行了有限元模拟,与实验结果进行对比验证了本文所采用的有限元模型的准确性,同时分析了材料变形过程中其内部剪切带的萌生及扩展演化规律。通过改变单胞模型中颗粒的体积分数、颗粒大小以及颗粒强度构建了不同微结构特征的块体金属玻璃基复合材料的细观模型,从而模拟研究了复合材料的细观结构对其拉伸载荷下剪切带的演化及变形行为的影响。

钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、电子探针以及NanoIndenterⅡ纳米显微力学探针考察了复合材料的界面结构以及界面微区力学性能。结果表明:钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面仅由单纯的界面溶解和扩散形成,并未发生界面反应,该界面应属于金属基复合材料的Ⅱ类界面;并且溶解和扩散的存在使界面微区的硬度和弹性模量高于基体,界面结合较强,没有沿界面的裂纹扩展。

钨丝/Zr基金属玻璃复合材料的界面反应与扩散

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强不同Nb含量的Zr基金属玻璃复合材料,利用X-Ray衍射、扫描电镜以及电子探针考察了复合材料界面反应和界面扩散情况,研究了基体合金中的Nb含量对复合材料界面反应和界面扩散的影响。结果表明:对Zr55Al10Ni5Cu30基复合材料,渗流时,钨丝与液相中的Zr发生界面包晶反应,生成W5Zr3界面相,并使界面位置向液相方向移动。在Zr55Al10Ni5Cu30合金的基础上添加Nb,发现Nb优先在钨丝界面偏聚,降低了Zr在钨丝界面的偏聚和活度,抑制钨丝与液相中的Zr包晶反应的发生,没有生成W5Zr3界面相,界面处只存在简单的扩散层。同时发现Zr元素在钨丝中的扩散系数降低,此时界面位置向钨丝方向移动。

钨纤维增强金属玻璃复合材料弹穿甲钢靶的实验研究

为具体研究钨纤维增强金属玻璃复合材料的力学特性及其穿甲自锐特征,开展了相应的准静态和动态力学实验,并用火炮开展了复合材料弹体撞击钢靶的穿甲实验,同时利用金相分析对材料失效模式进行了较系统的识别和分类,并同静动态实验数据进行比较分析,最后开展了材料自锐剪切失效的机理讨论。实验获得了复合材料的静动态力学特性及其自锐穿甲的形貌,相关分析显示,材料的变形具有明显的应变率效应,在复合材料弹体侵彻/穿甲过程中,弹体的破坏方式主要表现为局域化的剪切变形和断裂,并呈现出4种自锐剪切失效模式,增强钨纤维也表现出3类失效破坏模式。

超高强度及塑性的钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、压缩力学试验机研究了复合材料的相组成、界面结构及室温力学性能。结果表明,钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料界面非常清晰光洁,证明了微量Nb元素的加入能够有效地抑制界面反应的发生;含钨丝体积分数60%的复合材料具有超高的强度(断裂强度3695MPa)和室温塑性(塑性应变25.3%)。优化的界面结构和钨丝体积分数是产生这种现象的原因。

金属玻璃基复合材料的制备及断裂韧性测试

采用铜模吸铸法制备了(Zr0.55Al0.1Ni0.05Cu0.30)100-xTix(x=0、2、4、6、8)板状哑铃型金属玻璃基复合材料试样。用X射线衍射(XRD)、岛津AG-10TA万能材料力学试验机和JSM-6700F场发射扫描电子显微镜(SEM)对试样的组织结构以及断裂韧性进行了测试。结果表明,当x=0、2、4时,试样为非晶-晶体复合材料,当x=6、8时,试样为晶体材料。表明通过调整Ti的含量可以制备出金属玻璃基复合材料。采用三点弯曲法测定了复合材料的断裂韧性,当x=0、2、4时,试样的断裂韧性KIC值分别为10.529、5.142和3.446MPa.m1/2。

稀土对玻璃纤维填充金属-塑料多层复合材料抗冲击磨损性能的影响

研究了稀土元素处理玻璃纤维填充金属 塑料多层复合材料在冲击载荷、干摩擦条件下的摩擦和磨损性能 ,并利用扫描电子显微镜(SEM )对磨损表面进行了观察和分析。结果表明 ,用稀土表面改性剂处理玻璃纤维表面 ,可以提高玻璃纤维与聚四氟乙烯之间的界面结合力 ,改善复合材料的界面性能 ,并有利于在偶件表面形成分布均匀、结合强度高的转移膜 ,使复合材料与偶件表面之间的对摩减轻 ,大幅度地降低了复合材料的磨损 ,从而使复合材料具有优良的摩擦性能和抗冲击磨损性能。

W纤维/ZrTiCuNiBeNb基金属玻璃复合材料的断裂机制

研究了W纤维/ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料的断裂机制。结果表明:宏观上,随着复合材料中纤维体积分数的增加,复合材料的压缩断裂方式从基体控制的"自锐性"断裂向"增强体撕裂"方式转变;微观上,复合材料的断裂方式实际上只受到增强体W纤维的控制。在压缩过程中,W纤维除了受到外加应力外,还受到由于扭转弯曲、基体剪切带塞积引起的应力集中等,纤维处于一个复杂的综合应力场,当纤维内部的纤维间介变形足以抵抗这个综合应力场时,纤维处于稳定状态,复合材料中基体的变形切过纤维,复合材料表现出自锐性特征;当纤维内部的纤维间介变形不足以抵抗综合应力场时,纤维失稳,沿间介劈裂,复合材料表现出沿纤维纵向撕裂的特征。

金属-玻璃复合材料的研究

金属-玻璃复合材料可用粉末冶金方法制取。本文阐述了金属-玻璃复合材料的性能及显微组织,并说明了这种复合材料的应用情况。

快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。