[发明专利]一种金属玻璃的性能预测方法

说明书

本发明公开了一种金属玻璃的性能预测方法，属于金属材料性能预测技术领域。该方法主要包括四大部分：通过给定金属玻璃成分计算得到弹性常数，通过弹性常数计算得到玻璃形成能力和力学性能，基于此建立的定量联系编写可视化MATLAB程序，在程序中输入具体成分即可得到性能或输入元素即可得到各种性能最优的成分配比。利用本发明可以快速准确预测金属玻璃的性能，并根据所需性能做出合理的选材依据，节省了大量实验时间和费用。基于此发明能够设计出大体积、高强度、高韧性的金属玻璃成分，对金属玻璃材料设计和应用有借鉴意义。

技术领域

本发明涉及金属材料性能预测技术领域，具体涉及一种金属玻璃的性能预测方法。

背景技术

金属玻璃具有高强度、高韧性、高弹性比功等优异的力学性能，在工程结构领域具有广泛的应用前景。作为结构材料，意味着金属玻璃不仅能够做出大块体积，而且需要设计不同成分、强度和韧性匹配的性能以满足不同应用条件。传统的金属玻璃制备方法是基于相图的合金冶炼和测试性能，耗材贵且开发周期长，因此寻找一种能够高效预测和设计金属玻璃性能的方法对基础理论以及材料研发设计都具有重要的意义。

由于缺少微观上长程有序的结构，使得金属玻璃展现出高强度高硬度的特性；同时也因其原子尺度上随机的无序结构，使得传统的从结构到性能的材料设计方法无法应用于金属玻璃。而金属玻璃作为一种宏观上均匀的材料，其弹性常数不仅简单易测，而且能够衡量其多种性能，以往的研究中已经证实了弹性常数与强度、韧性、玻璃转变、粘性等有着密不可分的联系[Wang W.H.,The elastic properties,elastic models and elasticperspectives of metallic glasses[J],Progress in Materials Science,2012,57(3):487-656.]。但这些理论一方面只是弹性常数与某种性能的定性联系，缺少定量化的关联；另一方面是没有将适用于金属玻璃的断裂准则、玻璃形成能力判据等联系起来，在准确性上有所缺失。因此，在金属玻璃的性能设计方面，很难根据金属玻璃的成分准确预测性能，并做出选材优化。

发明内容

本发明目的在于提供一种金属玻璃的性能预测方法，该方法能够直接根据给定成分快速高效地预测玻璃形成能力、强度、韧性以及断裂方式，并且根据成分元素就能够给出最优强度、韧性以及玻璃形成能力的具体成分配比，避免了繁琐的实验，降低了时间成本和金钱成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种金属玻璃的性能预测方法，该方法包括如下步骤：

(1)利用公式(1)应力混合模型得到金属玻璃的剪切模量计算值G_cal，利用公式(2)应力混合模型得到金属玻璃的体弹性模量计算值K_cal：

公式(1)和(2)中，是合金中每种元素的摩尔体积，fⁱ是每种元素的原子百分比，Gⁱ是每种元素的剪切模量，Kⁱ是每种元素的体弹性模量，表示合金的平均摩尔体积，

(2)根据公式(3)和公式(4)，并利用步骤(1)得到的剪切模量计算值G_cal和体弹性模量计算值K_cal计算金属玻璃真实的剪切模量G和体弹性模量K；

公式(3)和(4)中：m＝0.5184，n＝0.4137；

(3)根据公式(5)和公式(6)，并利用步骤(2)得到的剪切模量G和体弹性模量K计算金属玻璃真实的杨氏模量E和泊松比ν；