ZT3非晶合金在過冷液相區的塑性變形研究

劉文超，馬明臻，劉日平

ZT3非晶合金在過冷液相區的塑性變形研究

劉文超1,2，馬明臻1，劉日平1

（1.燕山大學 亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室，河北 秦皇島 066004；2.金連連科技有限公司，山東 濰坊 261000）

研究不同的應變速率和變形溫度對Zr30.2Ti32.9Cu9Ni5.3Be22.6非晶合金（亦稱ZT3）在過冷液相區塑性變形行為的影響。首先，用真空非自耗電弧爐熔煉合金錠并吸鑄成直徑為8 mm、長度為60～80 mm的非晶合金圓棒；然后，通過等溫晶化試驗確定ZT3非晶合金在過冷液相區中對應不同溫度時發生晶化轉變所需的最短時間，并用熱模擬試驗機進行壓縮變形的試驗研究；最后，用X射線衍射儀測試ZT3非晶合金在過冷液相區塑性變形后的組織特性。ZT3非晶合金在過冷液相區內的塑形變形行為與應變速率和變形溫度有密切的關聯性。不同的應變速率與變形溫度都會對其塑性變形產生影響，但變形溫度的影響比恒定應變速率更大。對ZT3非晶合金變形后的結構分析發現，應變速率對非晶態結構的影響大于溫度。ZT3非晶合金的等溫晶化轉變孕育時間最短為17 min，在小于17 min的時間內完成塑性變形即可抑制晶化轉變的發生。當恒定應變速率為2×10?3s?1時，將變形溫度控制在355～375 ℃范圍內有利于ZT3非晶合金在過冷液相區進行熱壓塑性成形。

ZT3非晶合金；過冷液相區；塑性變形；應變速率

塊體非晶合金因其亞穩態結構而具有高強度、高硬度、耐腐蝕、耐摩擦磨損等優良特性[1-3]，在諸多領域中備受關注，是極具應用前景的新型結構材料。但因室溫塑性差且難以加工成形，限制了其在結構材料領域的應用[4-5]。塊體非晶合金因室溫脆性而難以進行變形加工的缺點可以通過在其過冷液相區進行塑性變形得到彌補。精確控制非晶合金在過冷液相區的變形溫度與應變速率，可利用該合金低黏度的流動特性實現精密的近終形加工成型[6-10]。已有研究顯示，在過冷液相區進行熱壓成形時，若選擇黏度在106～108 Pa·s范圍內對應的變形溫度，由于非晶合金沒有晶粒，并且加工溫度較低，可以實現幾乎無收縮的高精度變形加工[11-12]。

近年來，有許多關于塊體非晶合金在過冷液相區進行塑性變形研究的報道[13-19]。Savaedi等[13]研究發現，在高應變條件下，非晶合金在過冷液相區的應變速率敏感指數≈1，在熱成型過程中其變形應力呈牛頓流動，此時升高變形溫度有利于超塑性變形。但較高的變形溫度也可能會促進結晶和超塑延展性的喪失。Yang等[14]通過單軸壓縮試驗研究了過冷液相區域中Ti20Zr20Hf20Be20(Cu10Ni10)高熵塊體非晶合金超塑性變形工藝參數的優化。結果表明，過冷液相區的變形行為表現出兩種模式：流動變形和脆性斷裂，均受溫度和應變速率的影響。隨著溫度的降低和應變速率的增大，均勻流動變形行為從牛頓型變為非牛頓型。Li等[15]研究了（Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)99.4Y0.6非晶合金在過冷液相區中的流變行為，構建了熱處理圖和熱塑性成形圖。根據（Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)99.4Y0.6非晶合金在過冷液相區中不同溫度下的結晶孕育時間建立了時間?溫度?轉變（Time Temperature Transformation, TTT）曲線，為熱成形的時間和溫度選擇提供了理論依據。Ma等[16]和Kim等[17]提出了一種通過室溫下的高頻超聲振動促進非晶合金的塑性變形和成形，以便避免熱成形中的缺點產生并擴展了非晶合金的成形工藝。Wu等[18]在623～693 K的過冷相體區中研究了TiZr基塊體非晶復合材料的變形行為，觀察到該合金表現出從低溫下加工軟化到高溫下加工硬化的變形行為。變形過程的屈服應力和過沖應力隨溫度的升高而顯著降低，并伴有超塑性行為的發生。文獻[19]利用Gleeble 3500熱模擬試驗機研究了Zr61Cu25Al12Ti2(ZT1)和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(Vit105)塊體非晶合金在過冷液相區的壓縮變形性能及其流變行為，認為溫度和應變速率影響其在過冷液相區的變形模式，給出了這2種合金由牛頓流變向非牛頓流變轉變的邊界條件及過冷液相區的變形圖。上述研究表明，探索非晶合金在過冷液相區的塑性變形行為對實現非晶合金的成形加工具有重要的工程應用價值與意義。

因ZT3非晶合金在兼有其他非晶合金的優異性能外，還具有玻璃形成能力強、臨界鑄造尺寸大（可達50 mm以上）、彈性模量高（97.8 GPa）和密度低（5.541 g/cm3）等特點[20]，是應用價值很高的塊體非晶合金。迄今為止，關于ZT3非晶合金塑性變形行為的研究還鮮見報道，因此，在該合金在過冷液相區的塑性變形機理與組織結構變化及其影響因素等方面需要進行深入的認識與探究。文中以ZT3非晶合金為對象，開展其在過冷液相區的塑性變形研究，從變形溫度和應變速率2個方面研究其在過冷液相區的塑性變形特點，旨在為這類非晶合金的塑性成形加工提供有益的工藝技術參考。

1 試驗方法

以Zr30.2Ti32.9Cu9Ni5.3Be22.6非晶合金（簡稱ZT3）作為試驗材料，首先用真空非自耗電弧爐（AM 0.5真空電弧熔煉系統，沈陽金研新材料制備技術有限公司）熔煉合金錠，再通過該爐自帶的吸鑄裝置將熔煉成分均勻的合金錠吸鑄成直徑為8 mm、長度為60～ 80 mm的非晶合金圓棒，用于后續塑性變形試驗研究的開展。

由于ZT3非晶金的塑性變形發生在過冷液相區之間，因此，在塑性變性過程中控制變形溫度和變形持續時間是確保不發生晶化轉變的重要措施。ZT3非晶合金的過冷液相區是玻璃轉變溫度g（338 ℃）與晶化溫度x（382 ℃）之間的區域，但非晶合金在過冷液相區中進行塑性變形時，如果接近晶化溫度或變形時間過長也會出現晶化轉變，而且對應不同溫度的晶化轉變時間也不同。通常來說，溫度越高，晶化所需時間越短。為了保證ZT3非晶合金在過冷液相區可進行塑性變形，又要避免在此過程中的晶化轉變，需要通過等溫晶化試驗確定該合金在不同溫度時的最短晶化轉變時間。等溫晶化試驗通過差示掃描量熱儀（Netzsch?404F3差示掃描量熱儀，德國耐馳儀器制造有限公司）進行，以大于玻璃轉變溫度g（338 ℃）的348 ℃為測試起始溫度，每間隔2 ℃取一個測試溫度。等溫晶化試驗的升溫速率為20 ℃/min，保溫時間為60 min，由此測試出一系列等溫晶化轉變所需的時間（見表1），并以此確定進行塑性變形的溫度與需要控制的最短時間。

表1 ZT3非晶合金等溫晶化的溫度與對應的晶化孕育時間

Tab.1 Isothermal crystallization temperature and corresponding incubation time of ZT3 amorphous alloys

用熱機械模擬試驗機（Gleeble 3500，美國DSI公司）進行塑性變形的壓縮試驗。壓縮試樣為8 mm×10 mm的短圓柱。具體試驗過程：先將鎳鉻鎳硅熱電偶絲焊接到試樣中部，然后將試樣裝夾在兩個壓頭之間。為了盡可能降低壓頭與試樣兩端的摩擦阻力，在試樣兩端附加涂覆MoS2的鉭片進行減摩。試樣裝夾好后用40 N的預緊力進行預壓緊處理，并將熱電偶絲連接到溫度控制系統。隨后關閉壓室，啟動真空機械泵抽真空，當壓室真空度下降至20 Pa以下，充入高純氬氣清洗壓室，并再次抽真空和充入高純氬氣以防止試驗過程中發生高溫氧化。塑性變形試驗的工藝參數：恒定應變速率分別為2×10?3、1×10?3、7×10?4、5×10?4s?1，變形溫度分別為355、360、365、370、380 ℃，升溫速率為10 ℃/s。

通過XRD（D/MAX?2500PC X射線衍射儀，日本理學電企儀器有限公司）測試ZT3非晶合金在過冷液相區塑性變形后的組織特性，衍射角度2為10°～90°，掃描速度為4 (°)/min。

2 試驗結果與分析

2.1 等溫晶化過程

圖1是ZT3非晶合金的等溫晶化曲線與晶化轉變開始的擬合曲線。由圖1a可以看出，隨著等溫溫度的升高，曲線的玻璃轉變點溫度g與晶化溫度x同時向左側移動，表明在不同的等溫過程中，溫度的升高使得發生晶化轉變所需要的時間縮短。由表1的測試結果可知，最低溫度與最高溫度之間的窗口溫度范圍為348～378 ℃，在此范圍內發生晶化轉變的孕育時間相差2 min左右，而每個相鄰測試溫度之間的晶化孕育時間相差不足0.5 min甚至更短。由表1可知，ZT3非晶合金在過冷液相區中接近晶化溫度378 ℃時，其最短的晶化孕育時間為17 min。只要把變形溫度與晶化孕育時間控制在上述范圍內，就可以實現ZT3非晶合金在過冷液相區的塑性變形。圖1b是對不同等溫晶化溫度進行擬合得到的晶化轉變臨界曲線，該曲線的左下方區域為非晶區，右上方區域為晶化區。根據ZT3非晶合金等溫晶化轉變開始的擬合曲線所確定的塑性變形溫度與變形時間，通過控制變形溫度和應變速率，在小于17 min的晶化孕育時間內完成塑性變形，即可抑制ZT3非晶合金在變形過程中發生晶化轉變。

圖1 ZT3非晶合金的等溫晶化曲線與晶化轉變開始的擬合曲線

2.2 溫度對ZT3在過冷液相區塑性變形的影響

圖2是ZT3非晶合金在過冷液相區內不同變形溫度、恒定應變速率下的單軸壓縮應力-應變曲線。圖2a是恒定應變速率為1×10?3s?1、不同變形溫度時ZT3非晶合金塑性變形的應力-應變曲線。由圖2a可以看出，當變形溫度低于365 ℃時，隨著應變量的增加，應力先達到一個峰值，即表現出了應力過沖現象[5]，然后開始逐漸下降并出現不規則的波動。此時應力的峰值位置隨溫度的升高向右偏移，同時，峰值的應力也隨溫度的升高而減小。當變形溫度超過370 ℃時，隨著應變的增加，并沒有出現峰值應力，此時應力隨應變的增加而逐漸增大。圖2b是恒定應變速率為2×10?3s?1、不同變形溫度時ZT3非晶合金在過冷液相區內的應力-應變曲線。與圖2a相比，圖2b則顯示了在應變速率一定時，應力隨著應變量的增大均表現出應力過沖的現象，除溫度為380 ℃時的應力-應變曲線外，其他幾條曲線的應力在達到峰值后呈現出先減小后增大的變化趨勢。

2.3 應變速率對ZT3在過冷液相區塑性變形的影響

圖3是ZT3非晶合金在過冷液相區中溫度不變、不同應變速率下的應力-應變曲線。從圖3a中可以看出，溫度為355 ℃時，當恒定應變速率為5×10?4s?1，ZT3非晶合金在過冷液相區中發生塑性變形時先表現出一個較小的過沖應力，隨后應力下降并保持在一個相對穩定的階段后開始增大，但整體處于最低的流變應力狀態。而其他3條曲線的應力均隨應變量的增加而增大。在圖3b中，當變形溫度提高到375 ℃時，恒定應變速率為1×10?3s?1和2×10?3s?1對應的2條曲線應力隨應變量的增加而基本保持不變；而恒定應變速率為7×10?4s?1和5×10?4s?12條曲線的應力在越過峰值應力后呈不規則的波動。通過上述分析可知，對于ZT3非晶合金在過冷液相區中的塑性變形，不同的恒定應變速率與變形溫度都會產生影響，但變形溫度的影響比恒定應變速率的影響更大。

2.4 塑性變形過程對ZT3非晶合金結構的影響

圖4為鑄態ZT3非晶合金及其在恒定應變速率1×10?3s?1和2×10?3s?1、不同溫度時塑性變形后的XRD圖譜。從圖4中可以看出，在不同的恒定應變速率作用下，當變形溫度低于365 ℃時，ZT3非晶合金的XRD圖譜分別在2為38o和68o附近位置出現一個較大和較小的彌散衍射峰，這是典型的非晶態結構特征。當變形溫度升高到380 ℃時，在XRD衍射圖譜上出現了尖銳的晶化峰，表明在接近晶化溫度（x=382 ℃）附近發生了塑性變形，極易引發非晶合金的晶化轉變，這是在實際加工過程中需要注意和避免的。

圖2 ZT3非晶合金在過冷液相區中不同溫度時的應力-應變曲線

圖3 ZT3非晶合金在過冷液相區中不同應變速率時的應力-應變曲線

圖5是鑄態ZT3非晶合金及其在變形溫度355 ℃和375 ℃、不同應變速率時塑性變形后的XRD圖譜。從圖5可以看出，當變形溫度為355 ℃時，在XRD衍射圖譜上可以觀察到晶化峰的出現；當變形溫度升高到375 ℃時，ZT3非晶合金晶化現象愈加明顯。這是因為與恒定應變速率1×10?3s?1相比，在恒定應變速率較小（5×10?4s?1和7×10?4s?1）時，其塑性變形的時間分別延長了1倍和0.43倍。由此可知，在過冷液相區進行塑性變形時，如果在某個溫度點長時間停留，也會誘導非晶合金的晶化轉變，這對塑性變形加工是不利的。上述試驗結果表明，ZT3非晶合金在過冷液相區進行塑性變形時，其微觀結構同時受恒定應變速率與變形溫度的共同作用與影響。當溫度不變時，隨著應變速率的增大，晶化轉變具有增強的趨勢；當應變速率不變時，較高溫度下的晶化轉變趨勢愈加明顯。

2.5 ZT3非晶合金在過冷液相區的變形行為

圖6是ZT3非晶合金在恒定應變速率1×10?3s?1和2×10?3s?1、不同溫度時塑性變形后的光學照片。當恒定應變速率為1×10?3s?1時，變形試樣在350 ℃時邊緣發生了開裂，此外又分別在355、370和380 ℃時發生了斷裂，這些斷裂并沒有顯示出規律性，但在斷裂之前都發生了一定程度的塑性變形。當恒定應變速率為2×10?3s?1時，變形試樣僅在380 ℃時發生了斷裂。從壓縮變形試樣的實物照片可知，當恒定應變速率為2×10?3s?1時更有利于ZT3非晶合金的塑性變形。

由于ZT3非晶合金的塑性變形是在過冷液相區中進行的，突破了非晶合金因室溫脆性而無法進行塑性變形加工的限制，這取決于非晶合金在此區間的黏滯特性及應變速率敏感指數的大小。當應變速率敏感指數值為1時，顯示出牛頓黏性流動，過冷液相區表現出高應變率超塑性。根據已有的報道可知，過冷液相區中非晶合金的低黏度和較長的加工時間有利于改善塑性變形過程對模具的填充和成形[21]。但同時，非晶合金在過冷液相區中的黏度也受到加工參數的顯著影響。已有研究表明，較高的變形溫度和應變速率可以顯著降低非晶合金的黏度[22-23]。然而，根據非晶合金的結晶動力學原理，由于高溫下低黏度引起的原子擴散能力增強，可能會導致非晶態結構從亞穩態變為有序的結晶態，失去非晶合金的特有性質。為了避免熱壓塑性變形過程的晶化轉變，通過等溫晶化試驗確定ZT3非晶合金在過冷液相區不同溫度時的最短晶化轉變時間（如表1所示），以便在盡可能短的變形時間范圍內使ZT3非晶合金在過冷液相區內具有一定的黏滯性流動，又不發生晶化轉變，保證塑性變形的順利實現。

圖4 鑄態ZT3非晶合金及其在不同溫度下塑性變形后的XRD圖譜

圖5 鑄態ZT3非晶合金及其在不同應變速率下塑性變形后的XRD圖譜

圖6 ZT3非晶合金在2個恒定應變速率、不同溫度下塑性變形后的光學照片

已有研究顯示，在過冷液相區進行塑性變形時，當應變速率敏感指數接近于1時，非晶合金在低應變速率狀態下的塑性變形特征是牛頓液體[13,24]。但考慮到在低應變速率下進行塑性變形會增加變形的時間，有可能導致在變形過程中發生晶化，因此應變率不能太低[25-26]。在一定的變形溫度和應力作用下，應變速率的增大可以顯著降低過冷液相區非晶合金的黏度，此時塑性變形的流動特性可能經歷從牛頓行為到非牛頓行為的轉變，而非牛頓流動會顯著影響非晶合金在過冷液相區的塑性變形能力。只有相對較高的溫度和低應變速率下獲得的牛頓流動有利于非晶合金的塑性變形，這與本研究的試驗結果相吻合。圖2、圖3及圖6顯示，當恒定應變速率為2×10?3s?1、變形溫度控制在350～375 ℃范圍內，均有利于ZT3非晶合金的熱壓塑性成形。

3 結論

1）測得ZT3非晶合金在過冷液相區中348～ 378 ℃溫度范圍內的等溫晶化轉變孕育時間最長為19 min，最短為17 min。在小于17 min的時間內完成塑性變形，即可抑制晶化轉變的發生。

2）ZT3非晶合金在過冷液相區進行塑性變形時，其微觀結構同時受恒定應變速率與變形溫度的共同作用與影響。當溫度不變時，隨著應變速率的增大，晶化轉變具有增強的趨勢。當應變速率不變時，較高溫度下的晶化轉變趨勢愈加明顯。

3）ZT3非晶合金的過冷液相區為338～382 ℃，當恒定應變速率為2×10?3s?1時，其變形溫度控制在350～375 ℃范圍內有利于進行熱壓塑性成形。

[1] 張山, 尹大偉, 王飛龍, 等. 塊體非晶合金成形技術研究進展[J]. 特種鑄造及有色合金, 2021, 41(4): 439-444.

ZHANG Shan, Yin Da-wei, WANG Fei-long, et al. Development on Forming Technologies of Bulk Amorphous Alloy[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2021, 41(4): 439-444.

[2] 韓磊, 明平美, 孔澤宇, 等. 金屬玻璃微制造技術現狀與研究進展[J]. 精密成形工程, 2022, 14(3): 40-49.

HAN Lei, MING Ping-mei, KONG Ze-yu, et al. Status and Research Progress of Metallic Glass Micro-Manufacturing Technology[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2022, 14(3): 40-49.

[3] 許永康, 丁華平, 陳驥, 等. 晶化分數對鈦基非晶復合材料熱塑性成形能力的影響[J]. 精密成形工程, 2020, 12(6): 77-83.

XU Yong-kang, DING Hua-ping, CHEN Ji, et al. Influence of Crystallization Fraction on the Thermoplastic Forming Performance of Ti-Based Metallic Glass Composites[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2020, 12(6): 77-83.

[4] 王飛龍, 楊玉婧, 呂敬旺, 等. 塊體非晶合金超塑性成形的研究進展[J]. 特種鑄造及有色合金, 2020, 40(3): 253-258.

WANG Fei-long, Yang Yu-jing, LV Jing-wang, et al. Research Progress in Superplasicituy of Amorphous Alloys[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2020, 40(3): 253-258.

[5] LV Jing-wang, WANG Fei-long, ZHANG Shan, et al. Deformation Behaviours of TiZrCuNiBe Bulk Metallic Glass in Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2020, 844: 156101.

[6] KIM W J, MA D S, JEONG H G. Superplastic Flow in a Zr65Al10Ni10Cu15Metallic Glass Crystallized during Deformation in a Supercooled Liquid Region[J]. Scripta Materialia, 2003, 49(11): 1067-1073.

[7] 沈軍, 王剛, 孫劍飛, 等. Zr基塊體非晶合金在過冷液相區的超塑性流變行為[J]. 金屬學報, 2004, 40(5): 518-522.

SHEN Jun, WANG Gang, SUN Jian-fei, et al. Superplastic Flow Behavior of Zr Base Bulk Metallic Glass in Supercooled Liquid Region[J]. Acta Metallrugica Sinica, 2004, 40(5): 518-522.

[8] WANG Gang, SHEN Jun, SUN Jian-fei, et al. Superplasticity and Superplastic Forming Ability of a Zr-Ti-Ni-Cu-Be Bulk Metallic Glass in the Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2005, 351(3): 209-217.

[9] GONG Pan, WANG Si-bo, LIU Ze, et al. Lightweight Ti-Based Bulk Metallic Glasses with Superior Thermoplastic Formability[J]. Intermetallics, 2018, 98: 54-59.

[10] SONG S M, LIAO Y C, LI T H, et al. Thermoplastic Deformation Behavior of a Fe-Based Bulk Metallic Glass within the Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2019, 8(2): 1907-1914.

[11] KUMAR G, DESAI A, SCHROERS J. Bulk Metallic Glass: The smaller the Better[J]. Advanced Materials (Deerfield Beach, Fla), 2011, 23(4): 461-476.

[12] SCHROERS J. Processing of Bulk Metallic Glass[J]. Advanced Materials, 2010, 22(14): 1566-1597.

[13] SAVAEDI Z, MOTALLEBI R, MIRZADEH H, et al. Superplasticity of Bulk Metallic Glasses (BMGs): A review[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2022, 583: 121503.

[14] YANG Ke, FAN Xin-hui, LI Bing, et al. Optimisation of Superplastic Processing Parameters for a TiZrHfBeCuNi High Entropy Bulk Metallic Glass in the Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2022, 24: 1911-1921.

[15] LI Jin-ling, LI Chun-yan, WANG Shun-ping, et al. Thermal Processing Map and Thermoplastic Forming Map of Zr-Based Bulk Metallic Glass in the Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Non-Crystalline Solids, 2021, 570: 121008.

[16] MA Jiang, YANG Can, LIU Xiao-di, et al. Fast Surface Dynamics Enabled Cold Joining of Metallic Glasses[J]. Science Advances, 2019, 5(11): eaax7256.

[17] KIM Y J, CHOI Y J, KIM W C, et al. Development of Thermal Plastic Forming Process for Ti35Zr15Ni35Cu15Metallic Glass Exhibiting Superelasticity after Crystallization[J]. Materials Science and Engineering A, 2020, 777: 139089.

[18] WU Long-jun, ZHU Zheng-wang, LIU Ding-ming, et al. Deformation Behavior of a TiZr-Based Metallic Glass Composite Containing Dendrites in the Supercooled Liquid Region[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2020, 37: 64-70.

[19] 劉帥帥, 侯超楠, 王恩剛, 等. Zr61Cu25Al12Ti2和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5塊體非晶合金過冷液相區的塑性流變行為[J]. 金屬學報, 2022, 58(6) :807-815.

LIU Shuai-shuai, HOU Chao-nan,WANG En-gang, et al. Plastic Rheological Behaviors of Zr61Cu25Al12Ti2and Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5Amorphous Alloys in the Supercooled Liquid Region[J].Acta Metallurgica Sinica, 2022, 58(6) :807-815.

[20] TANG M Q, ZHANG H F, ZHU Z W, et al. TiZr-Base Bulk Metallic Glass with over 50 mm in Diameter[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2010, 26(6): 481-486.

[21] LI Z, HUANG Z, SUN F, et al. Forming of Metallic Glasses: Mechanisms and Processes[J]. Materials Today Advances, 2020, 7: 100077.

[22] BRYN PITT E, KUMAR G, SCHROERS J. Temperature Dependence of the Thermoplastic Formability in Bulk Metallic Glasses[J]. Journal of Applied Physics, 2011, 110(4): 043518.

[23] LU J, RAVICHANDRAN G, JOHNSON W L. Deformation Behavior of the Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5Bulk Metallic Glass over a Wide Range of Strain-Rates and Temperatures[J]. Acta Materialia, 2003, 51(12): 3429-3443.

[24] KAWAMURA Y, NAKAMURA T, INOUE A, et al. High-Strain-Rate Superplasticity Due to Newtonian Viscous Flow in La55Al25Ni20Metallic Glass[J]. Materials Transactions, JIM, 1999, 40(8): 794-803.

[25] ZHANG Xiang, LUO Yong-sheng, LI Jun-seng, et al. An Experimental Investigation and Modeling of Micro Array Replication with Zr-Based Bulk Metallic Glass Using a Hot Embossing Process[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2017, 117: 11-22.

[26] SARAC B, ECKERT J. Thermoplasticity of Metallic Glasses: Processing and Applications[J]. Progress in Materials Science, 2022, 127: 100941.

Study on Plastic Deformation of ZT3 Amorphous Alloy in Supercooled Liquid Region

LIU Wen-chao1,2, MA Ming-zhen1, LIU Ri-ping1

(1. State Key Laboratory of Metastable Materials Preparation Technology and Science, Yanshan University, Hebei Qinhuangdao 066004, China; 2. Jinlianlian Technology Co., Ltd., Shandong Weifang 261000, China)

The work aims to investigate the effects of different strain rates and deformation temperatures on the plastic deformation behavior of Zr30.2Ti32.9Cu9Ni5.3Be22.6amorphous alloy (also known as ZT3) in the supercooled liquid region. Firstly, the alloy ingots are melted by the vacuum non-consumable arc furnace, then sucked and casted into amorphous alloy rods with diameter of 8 mm and length of 60-80 mm. Next, the minimum time required for the crystallization transition of ZT3 amorphous alloys corresponding to different temperatures in the supercooled liquid region is determined by isothermal crystallization experiments, then the compression deformation is carried out with thermal simulated testing machines. Finally, the microstructure characteristics of ZT3 amorphous alloys after plastic deformation in the supercooled liquid region are tested by X-ray diffractometer. The results show that the plastic deformation behavior of ZT3 amorphous alloys in the supercooled liquid region is closely related to the deformation temperature and strain rate. Different strain rates and deformation temperatures can affect their plastic deformation, but the temperature has a more significant influence than the constant strain rate. The structural analysis of ZT3 amorphous alloys after deformation shows that the influence of strain rate on the amorphous structure is more significant than that of temperature. The minimum incubation time of the isothermal crystallization transition of ZT3 amorphous alloys is 17 minutes. The crystallization transition will be inhibited if the plastic deformation is completed in less than 17 minutes. When the constant strain rate is 2×10?3s?1, controlling the deformation temperature in the range of 355-375 ℃ is conducive to the thermoplastic forming of ZT3 amorphous alloys in the supercooled liquid region.

ZT3 amorphous alloy; supercooled liquid region; plastic deformation; strain rate

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.12.002

TG139.8；TG135.3

A

1674-6457(2022)12-0010-07

2022?10?21

國家自然科學基金（52071278，52127808）；國家重點研發計劃（2018YFA0703603）

劉文超（1990—），男，碩士，主要研究方向為塊體非晶合金塑性變形行為。

劉日平（1963—），男，博士，教授，主要研究方向為塊體非晶合金形成理論、制備技術及應用。