西工大Scr. Mater.:Ti基块体金属复合材料拉伸变形的一种新的微观协调变形模型

【背景介绍】

原位枝晶增韧块状金属玻璃复合材料（BMGCs）被认为是一种具有潜在应用的新型结构材料，与传统的块体金属玻璃相比，其综合力学性能优越，近年来得到了广泛的研究。作为一种结构材料，优异的拉伸塑性是工程实际应用中的必要指标。但同时，BMGs材料的压缩和拉伸也存在普遍的不对称性。因此，其拉伸变形行为近年来受到越来越多的关注，了解金属玻璃复合材料的宏观塑性与微观变形机理之间的关系对于发挥材料性能潜力是至关重要的。

【成果简介】

最近，西北工业大学李金山教授和王军副教授团队提出了原位枝晶增韧钛基金属玻璃复合材料（Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅）的塑性变形微观的新机理。在这项工作中，他们通过对Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅金属玻璃复合材料拉伸断裂后的一系列微观变形步骤的分析，证明了一种新的“拉拔”协同变形模式。与之前发现的“拉伸”和“剪切”两种变形模式不同，这种模式的特征是在被曲折基体隔开的两个树枝状碎片之间存在不规则但完全拟合的变形步骤。该模型描述了枝晶和基体在微观塑性流动过程中的协调变形行为，可用于解释金属玻璃复合材料的强度与延展性的之间良好平衡原因。相关成果以“A new microscopic coordinated deformation model of Ti-based bulk metallic composites during tensile deformation”发表于Scr. Mater.期刊上。

 【图文导读】

 图一、Ti48 BMGC的结构和性质表征

（a）铸态Ti₄₈Zr₂₀Nb₁₂Cu₅Be₁₅（Ti48）BMGC棒材的XRD图；

（b）Ti48 BMGC的微观结构；

（c）Ti48 BMGC的TEM明场图，（c1）和（c2）分别对应玻璃基质和树枝状晶体位置相应的SADPs；

（d）Ti48 BMGC的拉伸工程应力应变曲线，插图为变形前后的试样。

图二、TEM观察Ti48 BMGCS塑性断裂后的典型显微结构信息

（a~c）不同位置变形台阶的TEM明场图像，（a1）和（a2）分别为（a）图所示第1和2个位置的SADPs；

（d1~d4）（b）中相应位置的EDS映射，对应元素分别为Ti、Zr、Cu、Nb。

图三、“拉拔”协同变形新模式的证明

（a）变形枝晶的TEM明场图，（a1）到（a3）分别是（a）中所示位置a到c的SADPs；

（b）（a）中位置c的局部放大；

（c）典型变形台阶的HRTEM图像，（c1）和（c2）分别是（c）中区域1和2的FFT图像；

（d）在变形台阶顶部破碎的纳米晶体的HRTEM图。

图四、非晶态基体拉断树枝状晶体的过程

（a、d）枝晶完全被非晶基体拉开区域的TEM明场图像和HADDF模式下的EDS映射；

（b、e）两个玻璃带从不同方向插入晶枝并将其完全拉开区域的TEM明场图像和HADDF模式下的EDS映射；

（c、f）玻璃基质从一个方向挤出并撕裂晶枝的TEM明场图像和HADDF模式下的EDS映射；

（g~i）（c）中的圆圈所示的插入枝晶中的非晶基体尖端的HRTEM图像和相应FFT图像。

【小结】

综上所述，作者分析并揭示了原位枝晶增韧钛基金属玻璃复合材料的塑性变形微观机理。通过透射电镜分析，作者发现了一种新的“拉裂”协调变形模式，这与以前发现的拉伸和剪切变形模式不同。这种新的变形模式表明，在微观塑性流动过程中，坚硬的非晶态基体插入枝晶并将其撕裂，微观结构主要表现为两个枝晶碎片之间不规则但完全吻合的变形台阶和分离它们的曲折基体路径。该模型可以进一步了解钛基金属玻璃复合材料的宏观塑性与微观变形机理之间的关系，为BMGCs发挥其优异性能的应用前景提供了理论支撑。

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

本文由我亦是行人编译整理。

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