西工大Scr. Mater.:Ti基塊體金屬復合材料拉伸變形的一種新的微觀協調變形模型

【背景介紹】

原位枝晶增韌塊狀金屬玻璃復合材料（BMGCs）被認為是一種具有潛在應用的新型結構材料，與傳統的塊體金屬玻璃相比，其綜合力學性能優越，近年來得到了廣泛的研究。作為一種結構材料，優異的拉伸塑性是工程實際應用中的必要指標。但同時，BMGs材料的壓縮和拉伸也存在普遍的不對稱性。因此，其拉伸變形行為近年來受到越來越多的關注，了解金屬玻璃復合材料的宏觀塑性與微觀變形機理之間的關系對于發揮材料性能潛力是至關重要的。

【成果簡介】

最近，西北工業大學李金山教授和王軍副教授團隊提出了原位枝晶增韌鈦基金屬玻璃復合材料（Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅）的塑性變形微觀的新機理。在這項工作中，他們通過對Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅金屬玻璃復合材料拉伸斷裂后的一系列微觀變形步驟的分析，證明了一種新的“拉拔”協同變形模式。與之前發現的“拉伸”和“剪切”兩種變形模式不同，這種模式的特征是在被曲折基體隔開的兩個樹枝狀碎片之間存在不規則但完全擬合的變形步驟。該模型描述了枝晶和基體在微觀塑性流動過程中的協調變形行為，可用于解釋金屬玻璃復合材料的強度與延展性的之間良好平衡原因。相關成果以“A new microscopic coordinated deformation model of Ti-based bulk metallic composites during tensile deformation”發表于Scr. Mater.期刊上。

?【圖文導讀】

?圖一、Ti48 BMGC的結構和性質表征

（a）鑄態Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅（Ti48）BMGC棒材的XRD圖；

（b）Ti48 BMGC的微觀結構；

（c）Ti48 BMGC的TEM明場圖，（c1）和（c2）分別對應玻璃基質和樹枝狀晶體位置相應的SADPs；

（d）Ti48 BMGC的拉伸工程應力應變曲線，插圖為變形前后的試樣。

圖二、TEM觀察Ti48 BMGCS塑性斷裂后的典型顯微結構信息

（a~c）不同位置變形臺階的TEM明場圖像，（a1）和（a2）分別為（a）圖所示第1和2個位置的SADPs；

（d1~d4）（b）中相應位置的EDS映射，對應元素分別為Ti、Zr、Cu、Nb。

圖三、“拉拔”協同變形新模式的證明

（a）變形枝晶的TEM明場圖，（a1）到（a3）分別是（a）中所示位置a到c的SADPs；

（b）（a）中位置c的局部放大；

（c）典型變形臺階的HRTEM圖像，（c1）和（c2）分別是（c）中區域1和2的FFT圖像；

（d）在變形臺階頂部破碎的納米晶體的HRTEM圖。

圖四、非晶態基體拉斷樹枝狀晶體的過程

（a、d）枝晶完全被非晶基體拉開區域的TEM明場圖像和HADDF模式下的EDS映射；

（b、e）兩個玻璃帶從不同方向插入晶枝并將其完全拉開區域的TEM明場圖像和HADDF模式下的EDS映射；

（c、f）玻璃基質從一個方向擠出并撕裂晶枝的TEM明場圖像和HADDF模式下的EDS映射；

（g~i）（c）中的圓圈所示的插入枝晶中的非晶基體尖端的HRTEM圖像和相應FFT圖像。

【小結】

綜上所述，作者分析并揭示了原位枝晶增韌鈦基金屬玻璃復合材料的塑性變形微觀機理。通過透射電鏡分析，作者發現了一種新的“拉裂”協調變形模式，這與以前發現的拉伸和剪切變形模式不同。這種新的變形模式表明，在微觀塑性流動過程中，堅硬的非晶態基體插入枝晶并將其撕裂，微觀結構主要表現為兩個枝晶碎片之間不規則但完全吻合的變形臺階和分離它們的曲折基體路徑。該模型可以進一步了解鈦基金屬玻璃復合材料的宏觀塑性與微觀變形機理之間的關系，為BMGCs發揮其優異性能的應用前景提供了理論支撐。

文獻鏈接：A new microscopic coordinated deformation model of Ti-based bulk metallic composites during tensile deformation（Scr. Mater.2019, 172: 23-27.）

本文由我亦是行人編譯整理。

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