NiTiZrAlCuSi合金的玻璃形成能力及斷裂行為.pdf

1、本文以 Ni基合金為研究對象，設計 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5（at.％）塊體非晶合金成分，對其在過冷液相區(qū)內(nèi)的晶化行為及在室溫下的單軸壓縮力學行為進行了系統(tǒng)研究。
　　應用二元共晶比例混合法設計了Ni41Ti25.3Zr25.3Al8.4四元Ni基非晶合金成分，以鎢極電弧爐熔煉、銅模鑄造工藝制備出直徑0.5 mm的非晶樣品。通過金屬元素Cu替換Ti方式進行成分優(yōu)化，獲得最大玻璃形成能力為直徑1 m

2、m的Ni41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5非晶合金。對Cu添加有益于提高Ni41Ti25.3-xZr25.3Al8.4Cux(x=1,3,5,6, at.％)合金系的玻璃形成能力進行了分析。在五元非晶合金的基礎上進一步增加體系的混亂程度，采用類金屬元素Si替換元素Zr，獲得六元Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金，其最大玻璃形成能力為直徑4 mm的非晶樣品。分析了Si元素添加有效地提高Ni41Ti

3、20.3Zr25.3-xAl8.4Cu5Six(x=2.5,3.5,4.5, at.％)合金系玻璃形成能力的作用。
　　對不同升溫速率下 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金的變溫晶化行為研究表明：DSC熱分析曲線展示單一晶化反應的放熱峰；升溫速率越高，晶化程度越弱，透射電鏡圖像中體現(xiàn)較少數(shù)量及較小尺寸的納米晶粒。初始晶化激活能為379.339 kJ/mol，表明其具有較大的熱穩(wěn)定性。分析了變溫晶化行

4、為。在過冷液相區(qū)內(nèi)的等溫晶化行為分析表明：DSC熱分析曲線仍然表現(xiàn)單一晶化反應的放熱峰。在鑄態(tài)合金中存在的球形析出物隨著等溫時間增加而逐漸消失，表示出亞穩(wěn)相的特征，這表明合金的晶化是在非晶基體上形成納米晶及從亞穩(wěn)球形初生相分解的綜合作用。
　　研究了不同程度的非晶亞穩(wěn)結構對Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5塊體非晶合金壓縮力學行為的影響。X-射線衍射、DSC熱分析及掃描電鏡（SEM）觀察表明：直徑為2 mm

5、及3 mm的非晶合金樣品呈現(xiàn)不同程度的微觀非晶結構特征及斷裂特征。
　　2 mm非晶樣品的單軸壓縮應力-應變曲線呈現(xiàn)了2851 MPa的斷裂強度及0.5%的塑性應變，而3 mm非晶樣品的斷裂強度為2724 MPa，塑性應變?yōu)榱恪? mm及3 mm樣品的斷裂表面均由平滑的剪切區(qū)及凹凸不平的粗糙區(qū)組成，但兩者的剪切斷裂角不同，分別為43.8°和41.8°。對斷裂表面形成的粗糙區(qū)進行了分析，并對粗糙區(qū)內(nèi)存在的微型塑坑結構進行了解釋。應用

6、Argon提出的剪切轉變模型分析了不同程度非晶結構誘導不同的塑性變形的作用機制。利用適用于拉伸斷裂的橢圓準則合理解釋了非晶合金的壓縮斷裂機制。
　　在具有0.5%塑性的2 mm Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金樣品的粗糙斷裂區(qū)發(fā)現(xiàn)具有反射特征的周期性波紋。掃描電鏡觀察表明：此彈性波紋是由于動態(tài)裂紋前端與裂紋速度超過一定極限值時形成的裂紋分支線內(nèi)的相對多的顯微裂紋異質相互作用而形成。在2 mm樣品的