PDF《样品尺寸对 Pd 基块体非晶合金内部剪切带的影响》

500 ?m 4.1*10-4 s-1 ・1524・ 稀有金属材料与工程 第44 卷 切带厚度为 2~3.5 ?m,次生剪切带厚度为 1~2 ?m;

2 mm 试样主剪切带为 3.5~6 ?m,次生剪切带厚度为 1.5~3 ?m;

而在

3 mm 试样中的主剪切带的最大厚度 约为

8 ?m, 次生剪切带的厚度为 1~2.5 ?m. 另外,

3 mm 试样中次生剪切带的形貌和大小差别明显,剪切带扩 展区域内部形貌杂乱无章,如图 3e 实线箭头所示. 图4为1和3mm 试样在断裂面附近的扫描电镜 照片.从图中可以看到

1 mm 样品在断裂面附近出现 大量主剪切带,扩展方向接近一致,而主滑移区中剪 切带粗大形貌复杂,杂乱无章,如图 4a 所示.3 mm 样品在达到最大塑性之后样品发生断裂,从图可知, 断裂面附近分布着大量的次生剪切带, 主剪切带较少, 而且,次生剪切带扩展方向不一致,彼此相互交联, 密度大,而主滑移区界限不明显,但是其内部形貌没 有1mm 试样复杂,如图 4b 所示.

3 讨论图3样品内部剪切带扫描电镜照片 Fig.3 SEM images of internal shear bands: (a) and (b) show primary shear bands and secondary shear bands of the sample with diameter of

1 mm, respectively;

(c) and (d) show primary shear bands and secondary shear bands of the sample with diameter of

2 mm, respectively;

(e) shows shear bands of the sample with diameter of

3 mm J. C. Ye 等[18] 在研究 Mg 基块体非晶合金时指出, Mg 基块体非晶合金的塑性变形行为是由

2 个相互竞 争的变形机制导致的,软化机制和恢复机制,这两个 机制都是由剪切带的形成和扩展引起的, 并且这

2 个竞 争机制与弹性变形能释放相关. 软化机制 指在剪切 诱导扩展过程中使剪切带内的自由体积不断积累, 自由 体积的积累削弱了剪切带扩展的阻力, 导致了块体非晶 合金应力应变曲线上应力降低;

恢复机制 指剪切带 继续扩展,当剪切带从自由体积积累的部分穿过之后, 扩展阻力增大, 剪切带扩展受到束缚, 导致了块体非晶 合金应力应变曲线上应力升高, 正是由于这

2 种机制的 存在导致了块体非晶合金应力应变曲线上的锯齿流变 现象.在尺寸小的试样中,自由体积少,导致压缩塑性 变形过程中自由体积积累的少, 而且自由体积在试样中 大小不均分布, 由于竞争机制相互作用, 导致锯齿间隔 不均匀、振幅高低不等的应力应变曲线,如图 1b 中1mm 试样的压缩曲线所示.随着试样尺寸增大,自由体 积也随着增多, 导致压缩塑性变形过程中自由体积积累 的变大, 并且在剪切带扩展的途径上分布集中, 压缩过 程中发生竞争机制时, 导致了锯齿间隔均匀, 振幅一致 的应力应变曲线, 另外由于自由体积增大, 应力降低幅 度大,应力补偿幅度也大,导致锯齿振幅较大,如图 1b 中2mm 试样的压缩曲线所示.当试样尺寸小时, 这种竞争机制能够保持平衡, 使得剪切带能够稳定的扩 展,所以,块体非晶合金表现出大的宏观压缩塑性.但 是当试样尺寸变大时, 这个竞争机制平衡被打破, 由于 自由体积积累变大, 导致软化机制占主导地位, 恢复机 制不能平衡应力降低导致的软化机制, 因此剪切带不能 够稳定的扩展造成塑性降低,如图 1a 中3mm 试样的 压缩曲线所示. 在应力应变曲线上,能够看到

3 mm 样品的锯齿 流变现象明显与

1 和2mm 样品不同,由于竞争机制 与弹性变形能有关,因此下边通过弹性变形能分析试 验样品. 块体非晶合金在压缩变形时,产生弹性变形能, 样品尺寸越大其能量也增大,样品尺寸小弹性变形能 小密度也小[16] ,能够通过主剪切带的扩展将弹性变性 能耗散殆尽,不用借助次生剪切带形成和扩展消耗能 量,所以,1 和2mm 样品中存在大量主剪切带,次生 剪切带很少,如图 2a 和2b 所示.3 mm 样品由于尺寸 大,弹性能量也大,在塑性变形过程中,主剪切带首 先形成并扩展,由于试样尺寸大,主剪切带扩展迅速, 所以大部分弹性能量并没有完全释放,为了弹性能量 的快速耗散,在主剪切带扩展的同时形成了大量次生 剪切带,剩余的弹性能量得到耗散.随着次生剪切带 a b c d e