非晶合金是指一類兼具金屬與玻璃雙重特性的材料。與傳統(tǒng)晶體材料相比，非晶材料具有許多優(yōu)異性能，其內(nèi)部原子排列具有長程無序、短程有序、無位錯(cuò)缺陷、無晶界缺陷等特點(diǎn)。但由于均質(zhì)非晶合金在室溫拉伸條件下塑性變形幾乎為零，這種無預(yù)警式破壞方式使其高強(qiáng)度、高斷裂韌性等優(yōu)異的力學(xué)性能在服役過程中無法體現(xiàn)出來，極大限制其作為結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際應(yīng)用，而CuZr基非晶復(fù)合材料的出現(xiàn)對其塑性有了一定改善，國內(nèi)外一些學(xué)者己取得一些研究進(jìn)展，他們發(fā)現(xiàn)加入了Ni的CuZr基非晶復(fù)合材料在進(jìn)行拉伸測試時(shí)，有略微的拉伸塑性變形現(xiàn)象出現(xiàn)，但并無整體、大比例的塑性變形，而在加入了Nb的合金出現(xiàn)了大的拉伸塑性。

       實(shí)驗(yàn)材料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)99. 9%的Cu，Zr，Al及Nb單質(zhì)，按成分Cu45Zr48Al4Nb3配置母合金錠。通過施加320A的電弧電流，在高純氫氣保護(hù)、Ti吸氣條件下，在鎢極真空電弧爐中熔煉合金錠。為使合金化學(xué)成分均勻，合金錠在爐中反復(fù)熔煉四次。通過銅模吸鑄的方法，將母合金錠制備為直徑3mm、長45mm的圓棒狀試樣。

       使用蔡司金相顯微鏡觀察材料的顯微組織形貌。通過X射線衍射儀確定物相組成。使用電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。拉伸過程中，預(yù)先加載80N，加載速率控制為0.069mm/min。斷口形貌采用掃描電子顯微鏡觀察分析。

（1）顯微組織結(jié)構(gòu)與物相組成

        圖1為Cu45Zr48Al4Nb3合金顯微組織形貌金相照片(50倍)。

圖1:合金顯微組織形貌金相照片

       由圖1可見，在Cu45Zr48Al4Nb3合金中，有B2-CuZr相析出，呈現(xiàn)較為規(guī)則的橢圓狀。中心部析出的晶體相較小，而邊緣的晶體相較大且大多聚集排列。

       通過軟件計(jì)算材料截面的晶化面積分?jǐn)?shù)近似表征其晶化體積分?jǐn)?shù)為8.6%。

圖2:合金XRD圖譜

       圖2為Cu45Zr48Al4Nb3合金的XRD圖譜。由圖2可以看出，在衍射角為35°~45°范圍內(nèi)出現(xiàn)具有非晶特征的漫散峰，在漫散峰峰頂出現(xiàn)尖銳的布拉格衍射峰，這是典型的非晶復(fù)合材料X射線衍射特征，表明該材料為非晶復(fù)合材料。

（2）拉伸性能

       室溫下進(jìn)行Cu45Zr48Al4Nb3非晶復(fù)合材料拉伸性能實(shí)驗(yàn)，得到拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示。

圖3:合金應(yīng)力-應(yīng)變拉伸曲線

       由圖3可見，樣品在彈性變形后未出現(xiàn)屈服及塑性變形就直接斷裂，斷裂強(qiáng)度為1290MPa，彈性應(yīng)變?yōu)?.54%。

（3）拉伸斷口形貌

       圖4為Cu45Zr48Al4Nb3非晶復(fù)合材料的室溫拉伸斷口表面和側(cè)面形貌。

圖4:合金室溫拉伸斷口形貌

       由圖4a可以看出，斷面與拉伸軸向應(yīng)力之間夾角為51°，略大于剪切應(yīng)力與軸向拉伸應(yīng)力間夾角45°，這是由于非晶合金抗拉強(qiáng)度較大，在斷裂瞬間軸向應(yīng)力對斷裂面產(chǎn)生影響導(dǎo)致斷口表面與拉伸應(yīng)力間夾角大于45°，符合莫爾-庫倫準(zhǔn)則，斷裂方式為剪切斷裂。在圖4b中，側(cè)表面上存在少量剪切帶，如白色箭頭所示。在圖4c中，可觀察到斷口表面出現(xiàn)體現(xiàn)非晶合金斷口特征的脈絡(luò)紋絡(luò)。這是由于非晶合金斷裂瞬間高度局部化的剪切帶內(nèi)部快速升溫，以及斷裂過程中的豁性流動(dòng)導(dǎo)致這種脈紋形貌的形成。這樣的結(jié)構(gòu)表明，在納米尺度上，非晶合金在斷裂期間存在納米級的局部軟化和塑性。在白色虛線圓圈中，可觀察到一些類似小液滴的黏性物質(zhì)，這是由于在斷裂瞬間應(yīng)力集中，局部產(chǎn)生大量熱，造成瞬時(shí)熔化，形成小液滴狀物質(zhì)。

       （1）Cu45Zr48Al4Nb3合金為非晶復(fù)合材料，材料中析出了B2-CuZr晶體相。

       （2）Cu45Zr48Al4Nb3非晶復(fù)合材料在拉伸過程中只存在彈性變形，無明顯的宏觀塑性變形。  

       （3）Cu45Zr48Al4Nb3非晶復(fù)合材料的斷裂方式為剪切斷裂，合金拉伸斷口表面存在密集的脈絡(luò)條紋和熔融的液滴狀物質(zhì)，存在微觀塑性。