Page 44 - 理化检验-物理分册2024年第八期
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沈 勇，等：Zr 61 Ti 2 Cu 25 Al 12 非晶态合金在四点弯曲加载模式下的弯曲弹性极限
1号弯曲试样的全部5轮循环加载-卸载试验结 轮次的真实残余挠度δ p 。对于第3轮循环测得的δ p ，
果如表1所示。表1中：每一轮循环加载-卸载试验 虽然有明显变化，但该轮次循环结束后，采用激光共
的最大载荷为P max ，最外表层最大应力为σ max ；最大 聚焦显微镜并未观察到试样的最外表层有因非均匀
应变为ε max ；在预载荷P 0 处的挠度差值δ 以及残余挠 塑性变形造成的剪切台阶。第 5轮循环后，最外表
度δ p ，其中ε max 由式（8）计算得出。首轮循环试样最 层ε max 达到1.89%，这与拉伸试验测得的最大弹性应
外表层ε max 仅为1.21%，可判定此轮最大应力下试样 变ε e 几乎一致。在P 0 处测得δ p 为4.25 μm，仍小于预
仍发生线弹性形变。 期的残余挠度5.91 μm，表明最大载荷仍有提升的空
在弹性变形范围内对金属玻璃进行加载-卸载 间。试验结束后，采用激光共聚焦显微镜观察压辊
循环，理论上不应存在残余挠度，试样应完全恢复到 正下方试样的最外表层，可见一个垂直于拉应力方
初始状态，但由于测试系统的整体误差，即使在弹 向的剪切带，其台阶高度为0.4 μm，如图5所示。这
性变形范围内进行首轮循环，仍显示挠度差值δ 为 说明在微观上，非均匀的局部塑性变形已经发生。
2.59 μm。为了准确表征真实残余挠度，将首轮循环 发生塑性变形的最大应力（1 760 MPa）高于单轴拉
在P 0 处的挠度差值δ 作为整体系统的测量背底，随 伸屈服应力（1 600 MPa），低于单调加载试验的表观
后将循环轮次的扣除测量背底后的挠度差值作为该 屈服应力（2 100 MPa）。
表1 1号弯曲试样的全部5轮循环加载-卸载试验结果
循环加载试验次数 P max /N σ max /MPa Ε max /% δ/μm δ p /μm
第1轮 342 1 120 1.21 2.59 —
第2轮 402 1 280 1.39 2.63 0.04
第3轮 452 1 440 1.57 5.15 2.46
第4轮 502 1 600 1.72 5.27 2.68
第5轮 552 1 760 1.89 6.40 4.25
显大于1号试样最后一轮间隔， 表明塑性变形的程度
有所增大。
2号弯曲试样3轮循环加载-卸载试验结果如表
2所示。最后一轮循环最外表层ε max 达到2.18%， P 0
处挠度差值扣除背底后得到δ p 为6.03 μm，略微高于
预期σ p0.01 对应残余挠度5.97 μm，表明最后一轮最大
载荷的选取符合预期。用式（10）计算得到δ p0.01 对
应的载荷P p =641 N，用式（11）计算得到弯曲弹性
图 5 1 号试样最外层表面微观形貌
极限σ p0.01 =2 040 MPa。
2.3 测定σ p0.01 2号弯曲试样最外层表面微观形貌如图7所示，
初步循环加载-卸载试验结果表明：当最外表层 观察位置与1号弯曲试样相同。可以看出，最外表
最大应力达到1 440 MPa（90%σ y ）时，测量系统开 层剪切带数量明显增多，表明塑性变形程度有所增
始探测到可辨识的残余挠度；最大应力在1 760 MPa 大，这也与更大的残余挠度一致。对比单调加载试
（110%σ y ）附近时，纯弯曲段外表层开始发生剪切变 验，表明在达到表观屈服应力之前，最外表层已发
形。由于小幅度的载荷递增会降低测量系统对残余 生一定程度的塑性变形。最外表层剪切带按外观特
挠度的辨识度，而且有可能造成潜在的塑性变形累 征大致可分为两种。第一种剪切带数量较多，如图7
积，引起过高的估计σ p0.01 。据此，对于2号弯曲试样， 中矩形区域A处所示，剪切带基本垂直于拉应力方
仅进行3轮循环加载-卸载试验，最大载荷分别相当 向，部分贯穿最外表层；第二种剪切带数量较少，如
于约70%σ y 、92%σ y 、128%σ y 应力水平，最后一轮最 图7中矩形区域B处所示，剪切带与拉应力方向成
o
大载荷的选取具有一定的预判性。2号弯曲试样的3 56 ，该角度略高于ZT1合金棒状拉伸试样的断面角
o
轮循环加载-卸载试验的载荷-跨中挠度曲线如图6 （53 ）。第一种剪切带大致相互平行，之间最小间隔
所示。最后一轮循环在P 0 处滞后回线的挠度间隔明 约为60 μm；第二种剪切带平行度更优，之间最小间
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