[发明专利]一种金属玻璃的性能预测方法

摘要

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。

主权项

1.一种金属玻璃的性能预测方法，其特征在于：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；(4)利用步骤(3)得到的弹性常数并根据公式(7)‑公式(9)计算金属玻璃转变温度T_g、晶化温度T_x和液相温度T_l：T_g＝2.5E+211   (7)；T_x＝2.68K+450   (8)；T_l＝EV_m/116R   (9)；公式(9)中R＝8.314J/(mol·K)；公式(7)‑(9)中弹性常数的单位均为GPa，得到的三个特征温度T_g、T_x和T_l的温度单位为开尔文；(5)公式(10)为玻璃形成能力判据，将公式(7)‑(9)代入公式(10)计算出玻璃形成能力γ；公式(10)中，γ值越大表示该金属玻璃形成能力越好；(6)利用公式(7)‑(9)，同时根据公式(11)‑(13)计算临界剪切强度τ₀、临界正断强度σ₀和断裂因子α；τ₀＝Gγ_C   (11)；α＝2(1‑2v)/(1+v)   (12)；公式(11)中，γ_C＝2.67％；(7)将公式(11)‑(13)代入公式(14)所示的椭圆断裂准则中，并进一步得到拉伸强度σ_T、拉伸断裂角度θ_T、压缩强度σ_C和压缩断裂角度θ_C的计算公式；其中：压缩强度σ_C和压缩断裂角度θ_C按照公式(15)和公式(16)计算；当ν≥0.27466时，按照公式(17)和公式(18)计算拉伸强度σ_T和拉伸断裂角度θ_T；当ν≤0.27466时，按照公式(19)和公式(20)计算拉伸强度σ_T和拉伸断裂角度θ_T；公式(14)中，受拉应力时β＝1，受压应力时β＝‑0.5；σ_T＝Gγ_C/(1+ν)/2(1‑2ν)   (19)；θ_T＝π/2   (20)；(8)基于步骤(1)‑(7)编写成MATLAB的可视化程序；(9)输入合金成分及原子百分比，运行程序后即得到该金属玻璃性能，包括玻璃转变温度、晶化温度、液相温度、玻璃形成能力大小、强度、韧性、断裂角度、断裂失效面等；(10)输入组成金属玻璃的合金元素，运行程序后即能得到元素种类不变，但具有不同成分配比的玻璃转变温度、晶化温度、液相温度、玻璃形成能力大小、强度、韧性、断裂角度等性能，并基于此选择出性能最优的金属玻璃成分配比。