微尺度剪切带，进而起到阻止主剪切 带滑移的效果。
[0049] 如图3所示，在本发明的一个实施例中，提供一种对工件进行准静态拉伸力学测试 的方法，该方法包括如下步骤：
[0050] 步骤301，准备采用同一个方法制造出来的带有螺纹的螺纹工件试样和不带螺纹 的非螺纹工件试样。
[0051] 这里的同一个方法是指制造两种工件的工艺相同，如都采用水冷铜模吸铸方法。 两种工件的形状和尺寸也相同，区别仅在于表面是否有螺纹。
[0052]步骤302,利用材料试验机对所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样分别进行 单轴拉伸实验，且准静态加载直至拉断。
[0053]具体的过程是将相应的工件试样固定在材料试验机上，进行单轴拉伸试验，对工 件进行准静态拉力加载，拉伸应变率可以为1 X l(T5s4,直至将相应的工件拉断。
[0054]步骤303.记录整个试验过程，分别得到所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样 的工程拉伸应力-拉伸应变曲线，进而得到两者的拉伸断裂强度和塑性变形应变数据。
[0055] 如图4所示，试验过程可以用视频引伸计对相应的标距区的拉伸应变进行测量，来 得到两个试样的工程拉伸应力-拉伸应变曲线。而由两者的拉伸应力-拉伸应变曲线即可以 得到相应试样的拉伸断裂强度和塑性变形应变能力。具体的塑性变形应变计算方式为:对 拉伸应力-拉伸应变曲线线性段进行线性拟合，用所得斜率作直线贯穿整图，真实拉伸应 力-拉伸应变曲线上偏离直线的段即为塑性变形段，其对应的应变即为塑性应变能力。 [0056]相对非螺纹工件试样，螺纹工件试样的拉伸强度为1506MPa，稍微下降6.7 %，但 是，拉伸塑性变形由原来的几乎为0,增加到0.96%。而且，由图中的放大部分可以看到螺纹 工件试样中有应力应变的锯齿状流变现象出现。这些结果说明拉伸断裂机理已经由单个的 主剪切带快速滑移转变为多重剪切带同时激发共同协调拉伸塑性变形。
[0057] 步骤4,观察所述螺纹工件和所述非螺纹工件拉断后的断面，对比两者的断裂角和 断裂形貌。
[0058]如图6、7所示，用扫描电镜（SEM)观测螺纹工件试样和非螺纹工件试样的表面和断 面形貌。可以看到，图6所示的非螺纹工件试样断面中，断裂角是53度，而图7所示的螺纹工 件试样断面中，断裂角增加到66.1度，这说明表面螺纹结构已经改变了工件主剪切面的方 向。而且，如图8、9所示，对于表面螺纹结构，螺纹凸起部和螺纹沟槽都有很密集的剪切带出 现，说明在拉伸变形过程中有大量密集的剪切带产生了，这对于上面发现的宏观拉伸塑形 的出现起着重要作用。此外，由图10可以看出，非螺纹工件试样和螺纹工件试样的断裂形貌 均是放射状花纹和河流状花纹的复合形貌，表明了工件的拉伸塑性变形是依赖于剪切带的 不均性塑性变形。
[0059] 本发明的测试方法中，工件采用便于固定的两端粗中间细的结构，可以使待测试 的工件在受力环境和条件上完全相同，并使两者的工程拉伸应力-拉伸应变曲线能够重合， 将采用螺纹工件的区别效果明显表现出来。
[0060] 进一步地，在本发明的一个实施例中，为方便测试工件，该螺纹工件试样和非螺纹 工件试样可以包括两端供拉伸设备固定的夹持端10,和位于两者之间作为实验体的标距区 20。标距区20为测试区，其中为方便拉断标距区20，标距区20的直径可以设置细一些，而夹 持端10为了固定方便，其直径可以设置粗一些，两者的比例可以是1:2~3。夹持端10和标距 区20的长度比可以是1:1。
[0061 ] 此外，为避免在拉伸试验时，夹持端10和标距区20因为直径不一出现意外，可以在 标距区20和夹持端10之间设置直径过渡的过渡区23。该过渡区23的形状是一个直径逐渐扩 大的弧形段，其长度可以为夹持端10或标距区20长度的1/5左右。其直径最小的端头与标距 区20连接，而直径最大的端头与夹持端10连接。图5示出了，螺纹工件试件和非螺纹工件试 样的基本形状，相对非螺纹工件试样，螺纹工件试样仅是在表面车制了相应的螺纹。
[0062] 如图5所示，进一步地，为了防止螺纹区域21边界处的应力集中，在本发明的一个 实施例中，为更好的测试螺纹工件试样，该螺纹工件试样的标距区20中的螺纹区域21长度 可以小于标距区20的长度，该螺纹区域21的长度可以是标距区20长度的二分之一左右。同 时在螺纹区域21的两端分别设置螺纹缓冲区，该螺纹缓冲区中设置有由螺纹区域21两端分 别延伸至邻近标距区边缘的缓冲螺纹22,缓冲螺纹22的深度由螺纹区域21至标距区边缘逐 渐变浅。在本实施例中，该缓冲螺纹22的形状可以与标距区20中螺纹区域21的形状不同。
[0063] 以下以一个具体实施例描述本发明的测试过程。
[0064]工件米用错基非晶合金，其化学成分为Zr64.13Cui5.75NilQ.12AllQ，米用水冷铜模吸铸 的方法制备出直径为3mm，长为80mm的棒状样品。
[0065]利用电火花线切割的方法将工件加工成螺纹工件试样和非螺纹工件试样。
[0066] 螺纹工件试样和非螺纹工件试样的尺寸为:长36mm，直径3mm，两端夹持端10的长 度分别为11mm，中间的标距区20长度为10mm，直径为1.5mm，夹持端10与标距区20的过渡区 23横向长度为2mm。
[0067]螺纹工件试样的表面螺纹区域21长度为5mm，螺纹微结构的设计尺寸为:螺纹深度 36μηι，宽度72μηι，螺纹间距82.5μηι，螺纹的倾斜度为7.5度，螺纹缓冲区的长度大约为一个螺 纹跨度，即72μπι。
[0068] 螺纹工件试样和非螺纹工件试样测试后，相应参数如下表所示。
[0069]
[0070] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示 例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接 确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认 定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【主权项】
1. 一种使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤100,准备待加工的韧性金属玻璃，并将其制做成棒状的工件，确定所述工件的长 度和直径数据； 步骤200，根据有效应力区的影响范围，在其表面设计相应的待加工螺纹结构； 步骤300,根据设计结果在所述工件的表面制作出相应的螺纹区域，得到具备高拉伸塑 性的螺纹工件。2. 根据权利要求1所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述工件为采用水冷铜模吸铸方法制造的锆基非晶合金，其化学成分为 Zr64.13CU15.75NilO. 12AI10 〇3. 根据权利要求1所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述步骤300中的螺纹区域是采用具备金属刀具的机械车床加工的。4. 根据权利要求1所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述螺纹区域中，相邻螺纹之间的间隔距离以两道螺纹在水平方向上的有效应力区相 互接触为准，螺纹的深度以其在垂直方向上的有效应力区相互接触为准，螺纹的倾斜角度 与非螺纹工件本征的拉伸断裂角度对应，以使螺纹区的有效应力区的方向偏离非螺纹工件 的本征拉伸断裂角度，螺纹的宽度与螺纹产生的有效应力区大小相对应。5. 根据权利要求1所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述步骤300中，还包括对所述工件进行准静态拉伸力学测试的步骤，步骤如下： 步骤301，准备采用同一个方法制造出来的带有螺纹的螺纹工件试样和不带螺纹的非 螺纹工件试样； 步骤302,利用材料试验机对所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样分别进行单轴 拉伸实验，且准静态加载直至拉断； 步骤303，记录整个试验过程，分别得到所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样的工 程拉伸应力-拉伸应变曲线，进而得到两者的拉伸断裂强度和塑性变形应变数据； 步骤304,观察所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样拉断后的断面，对比两者的断 裂角和断裂形貌。6. 根据权利要求5所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样包括两端供拉伸设备固定的夹持端，和位于 两者之间作为实验体的标距区。7. 根据权利要求6所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 在所述标距区和所述夹持端之间设置有直径过渡的过渡区。8. 根据权利要求6所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述螺纹工件试样的标距区中的螺纹区域长度小于所述标距区的长度，所述螺纹区域 的两端分别设置有螺纹缓冲段，在所述螺纹缓冲段中设置有由所述螺纹区域两端分别延伸 至邻近所述标距区边缘的缓冲螺纹，所述缓冲螺纹的深度由所述螺纹区域至所述标距区逐 渐变浅。9. 根据权利要求6所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述螺纹工件试样和所述非螺纹工件试样的两个夹持端和标距区分别占总长度的三 分之一，所述夹持端的直径为所述标距区直径的一倍。10.根据权利要求6所述的使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，其特征在于， 所述螺纹工件试样的螺纹区域的长度占其所述标距区长度的二分之一。
【专利摘要】本发明提供了一种使韧性金属玻璃产生宏观拉伸塑性的方法，包括如下步骤：步骤100，准备待加工的韧性金属玻璃，并将其制做成棒状的工件，确定所述工件的长度和直径数据；步骤200，根据有效应力区的影响范围，在其表面设计相应的待加工螺纹结构；步骤300，根据设计结果在所述工件的表面制作出相应的螺纹区域，得到具备高拉伸塑性的螺纹工件。本发明利用螺纹结构可以激发韧性金属玻璃在单轴拉伸状态下产生多重剪切带，而且通过表面微螺纹结构的几何阻碍和限制作用能够稳定主剪切带的扩展，引起宏观拉伸塑性变形。
【IPC分类】C22F1/18, B23P15/00, B23P23/04, C22F1/00
【公开号】CN105598652
【申请号】CN201610154620
【发明人】高萌, 董杰, 赵德乾, 汪卫华, 郇勇
【申请人】中国科学院力学研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月18日