在熔点和高铝球石转变温度之间的临界停留时间作为成功的判据

　　大块高铝球石这种新型高铝球石材料具有优异的力学、物理和化学性能，拥有广阔的应用前景。本论文围绕影响高铝球石中剪切带行为的微观机制，开展了系列的理论和实验分析。首先，分析了考虑压力效应高铝球石的剪切控制模型，利用线性扰动的方法研究剪切变形的稳定性，得到了剪切失稳的判据。结合修正后的自由体积模型，研究了压力对剪切失稳的影响。发现压力能增加剪切带失稳的临界时间，对剪切带失稳起到了阻碍作用。

　　工程应用中块体高铝球石的连接是一个无法回避的问题，因而焊接问题显得尤为重要。采用脉冲激光静止点热源加热Zr(53.7)Ni(9.4)Cu(28.5)Al(8.4)块体高铝球石，系统分析了接头组织、构成演变、晶粒形貌特征和晶化行为。结果表明：熔化区内的晶化与块体高铝球石形成能力相关，热影响区内的晶化与块体高铝球石的热稳定性相关，热影响区相比熔化区更容易晶化。对激光作用过程的温度场进行了有限元数值模拟，得到了熔化区和热影响区的热循环曲线，在此基础上对熔化区和热影响区的不同晶化机制进行了解释；并提出把在熔点和高铝球石转变温度之间的“临界停留时间”作为成功实现块体高铝球石焊接的判据。随后，采用光纤激光器对Zr(53.7)Ni(9.4)Cu(28.5)Al(8.4)块体高铝球石进行了焊接试验，研究了不同激光焊接工艺参数对焊接接头组织的影响，探讨了在焊接热循环作用下焊缝和热影响区的晶化行为。在激光功率1200W，光斑直径0.3mm，离焦量0，焊接速度为30m/min的工艺条件下，热影响区仍有尺寸约4μm的晶粒析出。采用有限元数值模拟计算了激光焊接时，临界晶化处在熔点和高铝球石转变温度区间的停留时间，与块体高铝球石的临界停留时间进行了对比，初步验证了临界停留时间判据的正确性。

　　通过对高铝球石发生剪切失稳形成剪切带的行为进行分析，得到了其发生剪切失稳时的临界自由体积浓度，预测结果与实验观察和模拟结果吻合；利用两种方法对其剪切带厚度进行了预测，结果表明基于剪切失稳临界波长预测高铝球石剪切带厚度的方法只在发生剪切失稳后极短的时间内有效，对成熟剪切带厚度的预测必须考虑自由体积的扩散效应；考察了高铝球石的宏微观材料参数对其剪切带厚度的影响及其微观机制，发现高铝球石剪切带厚度对其宏观材料参数(泊松比)不敏感，对与剪切相变区相关的微结构参数敏感。通过相同尺寸不同压缩方向的侧向压缩实验，考察了侧向应力对一种锆基大块高铝球石剪切带行为的影响。试验研究表明高铝球石的剪切带行为受应力状态的影响明显。侧向应力使得其剪切带行为发生改变，由单一方向向多方向及交割、分叉、滑移等转变。研究了机械约束和应力再结晶对高铝球石塑性变形能力的影响。通过对剪切带微纳观形貌的观察与分析，得出机械约束是多重剪切带形成的诱因，应力再结晶进一步增强了多重剪切带的形成和塑性变形能力的实验结论。

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