Cu-Zr非晶合金拉伸蠕变与应力松弛力学研究

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非晶合金中变形与弛豫行为密切相关,两者是当前非晶材料学科的研究热点。Cu-Zr二元非晶体系由于其简单的化学成分与优异的力学性能,已经成为非晶研究中理想的模型材料之一。本文以经典的二元非晶合金Cu50Zr50和Cu60Zr40薄带为研究对象,通过动态力学分析仪(DMA)系统研究应力和温度对其接近玻璃转变温度(Tg)下单轴拉伸蠕变性能的影响。在相同升温速率下分别采用差式扫描热分析与动态力学分析测得其玻璃转变温度。利用阿伦尼乌斯关系得到Cu50Zr50和Cu60Zr40非晶带材蠕变表观激活能分别为5.3 eV和6.2 eV,表明Cu-Zr非晶合金的拉伸蠕变变形与玻璃转变(α弛豫)相关。计算出蠕变应力指数n,发现n随着温度的升高而减小并接近1,结果表明Cu50Zr50和Cu60Zr40非晶在接近玻璃转变温度时蠕变变形趋向于牛顿粘性流动。为了进一步探究激活能随温度的变化关系,测量了Cu50Zr50非晶合金从室温到玻璃转变温度下的蠕变激活能。不同应力下的激活能温度谱表现出相同的趋势,在低温时较低并随着温度升高而增大,在玻璃转变温度附近出现峰值。为了进一步研究Cu-Zr非晶合金中蠕变与弛豫行为的关系,通过动态力学测量不同频率下拉伸的损耗模量-温度曲线。测得β弛豫的激活能为(129±6.5)kJ/mol,与蠕变激活能转变阶段对应。此外,还测量了Cu50Zr50高温的应力松弛行为,通过KWW方程拟合,系统研究了温度、初始应变和循环次数的影响。研究发现弛豫因子β随温度升高而升高;而当初始应变和循环次数增大时,弛豫因子β减小,初始应力和松弛时间增大,这表明非晶内部流变单元变多,结构更加复杂。
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