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壓痕法研究大塊非晶的壓力敏感特性姓名:張韜 學(xué)號:2010700740專業(yè):材料科學(xué)與工程指導(dǎo)老師:喻更生教授
目錄研究背景13總結(jié)4采用維氏壓痕儀進(jìn)行壓痕測試致謝52采用吸鑄法制備非晶合金樣品
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研究背景
采用壓痕法研究了Zr基大塊非晶壓力敏感特性,發(fā)現(xiàn)Zr基大塊非晶硬度值在小載荷條件下顯著增加,當(dāng)載荷達(dá)到一定的程度之后,硬度值緩慢增加最后趨于定值。隨著退火溫度的增加而硬度值增加,呈現(xiàn)一樣的變化規(guī)律。DSC測試結(jié)果表明自由體積隨著退火溫度的增加而減少,由Mohr-Coulomb準(zhǔn)則可知,在正應(yīng)力的作用下自由體積的減少導(dǎo)致了顆粒之間的摩擦力顯著增加,所以隨著載荷的增加硬度增加。證實(shí)了非晶壓力敏感特性與載荷和自由體積密切相關(guān)。
2壓痕儀
3一丶采用吸鑄法制備非晶合金樣品
采用吸鑄法制備非晶合金樣品
Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(a)和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10(b)進(jìn)行真空等溫?zé)崽幚?523K和573K保溫12h,593K和633K保溫1h)。
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5二丶采用HWDV-7S維氏壓痕儀進(jìn)行壓痕測試,加載范圍從0.3Kg-20Kg,保載時間30s-90s,之后進(jìn)行卸載。結(jié)果取5-7個數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值
圖1鑄態(tài)Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(a)和Zr65Al7.5Cu17.5Ni10(b)非晶合金硬度隨保載時間變化曲線
如圖1所示。不同保載時間條件下變化規(guī)律非常一致,且硬度值不隨保載時間變化而變化,可以得知硬度值不隨保載時間的增加而變化
6圖2鑄態(tài)和不同退火態(tài)非晶合金硬度隨載荷變化曲線
從圖中可以看到,所有的硬度曲線都具有類似的規(guī)律:硬度值先隨著載荷的增加而迅速增加,當(dāng)加載到一定載荷后,硬度值隨著載荷的增加而緩慢增加,最后趨于一個定值,不再隨著載荷的增加而增加。
7圖3
5Kg載荷下,不同樣品的硬度值的變化規(guī)律可以看到,在高溫弛豫區(qū)以下,隨著弛豫程度的增加,非晶合金中自由體積逐漸減少,對應(yīng)于合金硬度的增加,且硬度增加的趨勢與弛豫焓的變化趨勢是相符合的。隨著退火溫度超過高溫弛豫區(qū),b的硬度與其他弛豫后的樣品相比變化不大,而對于a來說633k已經(jīng)超過其Tg.
8圖4鑄態(tài)和不同退火態(tài)(a)和(b)非晶合金在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近局部放大的DSC結(jié)果
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我們發(fā)現(xiàn),所有的樣品都有一個明顯的放熱峰,通常稱為“焓弛豫峰”。隨著退火溫度的升高,兩種非晶合金的焓弛豫峰是不斷降低的。
11圖5兩種鋯基非晶合金鑄態(tài)與不同溫度退火后的弛豫焓變化的關(guān)系可以看出,兩種鋯基非晶的焓變都是具有類似的規(guī)律,從鑄態(tài)到退火態(tài)焓變值較大,從523k到593k焓變值是逐漸減小的,從593k到633k焓變值又開始增大。
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11我們可以理解為鑄態(tài)的塊體非晶中含有大量的過剩自由體積,當(dāng)退火溫度處于大塊非晶的高溫結(jié)構(gòu)弛豫區(qū)時,凍結(jié)的原子很快被熱激活,原子重排速率較快,與之對應(yīng)的自由體積會迅速遷移和消失。隨著退火溫度的增加,原子的無序性逐漸降低,重排節(jié)奏逐漸減緩,材料內(nèi)部的自由體積數(shù)量逐漸減少[15],但當(dāng)退火溫度超過高溫結(jié)構(gòu)弛豫區(qū)接近Tg時,焓變值又開始迅速增加,這可能與Tg附近材料復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。
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總結(jié)
1.材料的硬度不受保載時間的影響。對同一樣品,隨著載荷的增加,材料的硬度先是顯著增加,當(dāng)載荷達(dá)到一定的程度之后,硬度緩慢增加最后趨于定值,不隨載荷的增加而增加。
2.材料的硬度隨壓力敏感因子的增加而增加。壓力敏感因子的變化是由自由體積的變化引起的,壓力敏感因子的變化可以通過硬度的變化進(jìn)行表征
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致謝
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