《Scripta Mater》：金属玻璃应力松弛的动力学弛豫转化机制！

金属玻璃的残余应力源于应变局部化或者铸造过程或制造过程，对其性能具有显著影响。高温退火是释放残余应力的常用方法，然而由于金属玻璃的无序原子填充结构，直接测量其残余应力的演化非常困难。研究退火过程中外应力演化是探索残余应力弛豫行为的有效途径。它还有助于理解金属玻璃的力学性质，包括粘弹性变形和粘塑性变形。应力松弛过程可以用多个非指数方程很好地拟合，表现出分级动力学过程。同时，非平衡玻璃态表现出复杂的弛豫动力学，如α弛豫，β弛豫和γ弛豫。目前普遍认为应变的弹性恢复源于金属玻璃的可逆重排事件，而宏观流动对应于塑性变形。因此，应力松弛是检测非均匀演化的一种便利方法。从实际的角度来看，大量研究致力于通过调节弛豫来改善金属玻璃的性能。例如，剪切转变区活化能与β弛豫相一致，反映β弛豫与塑性有关。此外，β弛豫被鉴定为具有可逆和不可逆部分。α弛豫表示更大规模的不可逆重排，通常与玻璃化转变行为和均匀流动有关。因此迫切需要揭示应力松弛过程中的结构演化。

基于此，中国科学院宁波材料所王军强研究员团队通过探究了Fe基金属玻璃应力松弛过程中物理量的演化，发现了应力松弛过程中动力学弛豫行为的转化机制。相关论文以题为“Continuous transition from gamma to beta dynamics during stress relaxation”发表在Scripta Materialia上。

图1金属玻璃的热力学参数、弛豫行为和变形机制。

图2 a)金属玻璃的应力松弛行为;扩展指数b)和弛豫时间c)随松弛时间的演化

图3a-b)金属玻璃回复过程中的应变演化; c)不同温度下归一化粘弹性应变随松弛时间的演化。

图4 a)弛豫时间随温度的演化；b)激活能随松弛时间的演化；c)应力松弛过程中的原子演化示意图。

在本研究中，研究人员通过应力弛豫和随后的应变恢复试验来表征Fe76Si9B10P5金属玻璃的弛豫动力学和力学响应。利用修正的KWW方程得到了瞬时动力学参数。揭示了松弛、动力学非均匀性和应变恢复随时间的演化规律。通过g弛豫的局部孤立运动表现出更多的动力学均匀性，导致可逆非弹性变形。而慢β弛豫对应的不可逆部分的局部重排降低了均匀性，触发了粘塑性流动。这一研究结果为厘清金属玻璃的变形行为提供了新的思路。

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