| 题名 | 镁基金属玻璃的断裂韧性及其影响因素 |
| 作者 | 王绍钢 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 马恩 ; 徐坚 |
| 关键词 | 金属玻璃 弹性常数 断裂韧性 复合材料 镁合金 metallic glass elastic constant fracture toughness composite magnesium alloy |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | " 相对于普通的晶态镁合金，镁基金属玻璃具有高强度(800-1000 MPa)、高弹性极限(~2%)和耐腐蚀等优异性能。镁基金属玻璃具有良好的玻璃形成能力，临界尺寸可达到厘米量级。然而，镁基金属玻璃的脆性成为其工程应用的瓶颈。发展具有高玻璃形成能力并兼有良好韧性的新型玻璃态镁合金具有重要意义，而影响镁基金属玻璃韧性的因素有待于澄清。本工作以Mg-TM-RE (TM=Cu, Ag, Ni; RE=Y, Gd, Tb, Nd)合金为基础，从以下几个方面探讨解决镁基金属玻璃脆性的可能性：（一）镁基金属玻璃合金成分对韧性的影响；（二）以镁基金属玻璃弹性性能作为依据改进合金的韧性；（三）镁基金属玻璃的样品尺寸对屈服强度和断裂韧性的影响；（四）形成以B2结构AgMg相作为初生相的镁基金属玻璃内生复合材料。主要结论如下： 在Mg-Cu-Ag-Y四元合金中，Mg56Cu21Ag14Y9金属玻璃泊松比达到0.332，但未发生明显的“脆-韧转变”。对于镁基金属玻璃，根据合金组元的晶体弹性常数权重计算得到的体模量、剪切模量和平均原子体积分别高于实际金属玻璃的8%、10%和4%。 镁基块体金属玻璃的缺口韧性从Mg57Cu34Nd9的3.6 MPa·m1/2到Mg59.5Cu22.9Ag6.6Gd11的8.2 MPa·m1/2。增加泊松比或者降低剪切模量对镁基金属玻璃的韧性并没有明显的影响。在Mg-TM-RE (TM=Cu, Ni; RE=稀土)金属玻璃中，采用Ag部分替代Cu、Gd和Tb部分替代Y或Nd会使韧性有所改善。在所研究的合金中，Mg59.5Cu22.9Ag6.6Gd11金属玻璃的韧性较好并兼有高玻璃形成能力。 由于存在铸造缺陷，Mg59.5Cu22.9Ag6.6Gd11铸态金属玻璃的压缩断裂强度受到样品尺寸的影响。圆柱直径从1 mm增加到10 mm，断裂强度下降约25%。由1 mm直径样品得到的断裂强度(sy»950 MPa)可视为材料的本征性能。断裂强度与样品直径之间的关系不符合Weibull分布或者Gumbel分布的假设。 采用平板样品测量Mg59.5Cu22.9Ag6.6Gd11块体金属玻璃的缺口韧性KQ，平板厚度增加引起的KQ下降，源于样品内部的铸造缺陷而非平面应力和平面应变的混合模式向完全平面应变的转变。采用三参数Weibull分析可以得到缺口韧性的位置参数Km，低于Km将不发生裂纹扩展。忽略缺口钝化效应的影响，Mg59.5Cu22.9Ag6.6Gd11金属玻璃的断裂韧性约为10 MPa×m1/2。 在MgCuAgY四元合金中，可通过调整成分和铜模浇铸，制备出以B2结构AgMg相作为初生相的内生复合材料。树枝晶形貌的AgMg相均匀分布于金属玻璃基体上，体积百分数可达到41%。与金属玻璃相比，含AgMg相内生复合材料的屈服强度(sy»1040 MPa)、断裂强度(sf»1200 MPa)和塑性应变(ep»2%)均得到提高。复合材料的强化归因于屈服强度的拉压非对称、偏离等原子化学计量比以及固溶强化三个因素。内生的AgMg相对于裂纹扩展具有阻挡作用，使得含AgMg相内生复合材料的韧性相对于基体金属玻璃增加约20%。 |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64425]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王绍钢. 镁基金属玻璃的断裂韧性及其影响因素[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
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