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Bulkmetallicglasscompositewithgoodtensileductility,highstrengthandlargeelasticstrainlimitNatureScientificReports2014.6DOI:10.1038/srep053021、摘要大块金属玻璃具有高强度和大的弹性应变极限，但没有拉伸塑性。然而，可以通过原位枝晶工艺显著增强块状非晶复合材料的韧性，但是是以高强度和大的弹性应变极限为代价的。在这里，我们报告的是具有很强的应变硬化能力和较大的弹性应变极限的块体非晶复合材料。我们发现，通过塑性预变形，块状非晶复合材料在张力下具有大的弹性应变极限和高强度。这些独特的弹性机械性能归因于B2↔B19’可逆相变和在金属玻璃基质以及第二相中由塑性预变形引起的复杂应力状态。这些发现对于具有优良机械性能的块体非晶复合材料的设计和应用具有重要意义。2、引言弹性应变极限和弹性极限是工程材料的一个重要指标，通过消除外在缺陷和降低内部结构缺陷，亚微尺寸的金属玻璃（MGs）可以达到一个超过3%很大的弹性应变极限。块状金属玻璃（BMGs）的弹性应变极限一般为2%，尽管比纳米MGs小，但与普通的工程材料相比还是很大的。然而，BMGs的灾难性失效通常是由一个主要的剪切带的快速传播导致的，留下的是在张力下的零全塑性应变。因此第二相通过原位或非原位引入可以可以增强MG的基质，如枝晶强化锆基或钛基块状非晶复合材料（BMGCs）。虽然其韧性显著增强，但BMGCs的屈服强度和弹性应变极限与单片BMGs相比显著下降。通常第二相具有相对小的弹性应变极限（不大于1%），这导致BMGCs的过早屈服。此外，软质第二相的体积分数应高于50%以增韧MG的基质，这严重降低了BMGCs的弹性应变极限和强度。因此，一个合适的第二相是提高BMGCs的强度、弹性应变极限和韧性的关键因素。为了使BMGs具有大的应变极限，第二相也应具有大的应变极限不小于2%。另外，为了保持BMGs的高强度，第二相也应原本具有足够高的强度或软质第二阶段可以通过强化得到较高的强度。值得注意的是，在镍钛形状记忆合金中，亚稳态B2相可以应变硬化从小于100MPa到超过1200MPa，并能经受从体心B2↔单斜B19’的可逆相变，这赋予合金较高的屈服强度和超弹性。因此，通过添加亚稳态B2相和合适的弹性预变形，B2强化BMGCs弹性、强度和延展性之间应表现出良好的匹配性。例如，纳米尺寸B2相增强铜锆基BMGCs在压缩下具有拉伸塑性，镍钛基BMGCs在压缩下也表现出高强度和大的伪弹性的很好结合。在本文中，我们研究的是利用一个亚稳态B2相增强BMGC（B2-BMGC），使得B2-BMGC在张力下具有优异的塑性变形能力。而通过B2↔B19’可逆相变的塑性预变形可使B2-BMGC具有高强度和大的弹性应变极限。3、实验内容3.1MGC合金制备B2-BMGC的非化学计量比为Zr48Cu47.5Al4Nb0.5，通过电弧熔化这些纯度高于99.9%元素，然后铸造成铜模，铸块直径3mm，长85mm。3.2实验测试3.2.1显微结构表征BMGC的晶相由XRD表征，使用的是Rigaku衍射仪（SmartLab）用铜钯钾α射线和原位装载单元；B2/MG的界面结构是在JEM-2100F高分辨透射电子显微镜（HRTEM）下观察得到的；这些显微结构的检查使用了JEM6490扫描电子显微镜（SEM)和CarlZeiss光学显微镜（OM)；体积分数是从光学显微镜图像上得到的。3.2.2拉伸试验拉伸试样呈狗骨形，长度为10mm，横截面为1×1mm2，拉伸样品由电火花方法制得，试样侧表面都是圆的并用1.0µm的金刚石研磨膏抛光。拉伸试验是在室温下，在英斯特朗电子拉力机进行，用一个不变的应变速率1×10-4s-1。为了测得复合物的拉伸性质，共测了五组样品，并计算了平均的标准差。变形样品的变形和断裂特征由SEM测得。3.2.3有限元建模有限元建模用来进行B2-BMGC弹性预变形的应力分析，基本方程直接从B2相和非晶基质的真实应力-应变曲线得到，B2相和非晶基质的剪切应力、冯米斯应力和弹性应变通过计算和比较得到。4、讨论4.1B2-BMGC在张力下大的塑性稳定性B2-BMGC可以经受大的拉伸塑性变形，断裂前的塑性应变大约为19.3%，标准应变硬化率θo为3.1。B2-BMGC优异的拉伸塑性变形能力可能是由于B2相高的应变硬化能力和它能够有效在非晶基质中激发多个剪切带。先前报导过铜锆基的标准应变硬化率约为17.4，这远大于原位法生成β枝晶的钛...