半固態(tài)處理對鋯基非晶合金的組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、大多數(shù)的塊體非晶(簡稱BMG)的拉伸塑性和斷裂韌性很低，高度局域化的剪切行為使得單一的BMG通常是在沒有明顯室溫塑性變形的情況下，以突然失效的方式發(fā)生災(zāi)難性斷裂，嚴(yán)重制約著BMG作為先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料在工程中的應(yīng)用。因此，如何提高BMG的室溫塑性和斷裂韌性是BMG研究與開發(fā)中的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。由于目前Zr基大塊非晶的應(yīng)用比較廣泛，但是由于受塑性的制約，而使得該體系的大塊非晶合金的應(yīng)用受到限制。因此本文選用Zr-Cu-Al-Ni體系，通過添加

2、合金元素和一定的半固態(tài)處理來改善該體系合金的強度和塑性。
　　 本文通過對以Zr65Cu17.5Al7.5Ni10為基體的非晶合金中分別添加Fe和Ti微量元素；采用銅模吸鑄法在不同電壓下制備出直徑3 mm塊體非晶合金，進(jìn)行半固態(tài)處理。利用X射線衍射XRD，光學(xué)顯微鏡OM，掃描電子顯微鏡SEM和微機(jī)控制電子式萬能試驗機(jī)等技術(shù)手段研究了不同吸鑄電壓對Zr63CU17.5Al7.5Ni10Fe2和Zr60Cu17.Al7.5Ni10T

3、i5大塊非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)、玻璃形成能力、力學(xué)壓縮性能以及斷口形貌的影響。
　　 XRD與壓縮實驗結(jié)果表明對于成分為Zr63Cu17.5Al7.5Ni10Fe2的體系而言，半固態(tài)處理后(5KV吸鑄時)非晶基體中析出了晶體相，形成了大塊非晶基復(fù)合材料，提高了合金的塑性。該復(fù)合材料是由微米級的樹枝晶彌散分布在非晶基體上組成的，但是隨著電壓的增大，即有半固態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，析出的晶體相減少，塑性也降低。對于該體系而言5KV合金的強

4、度和塑性是最好的。其強度高達(dá)1651.352MPa，塑性應(yīng)變?yōu)?.93％。對于成分為Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5的體系而言，半固態(tài)處理后(7KV吸鑄時)合金的塑性較好，為晶體和非晶的復(fù)合材料。但是強度并不是該體系最高的，強度僅為1487.411 MPa，塑性為該體系中的最高值為1.94％。
　　 DSC實驗結(jié)果表明對于Zr63Cu17.5Al7.5Ni10Fe2和Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5體系而

5、言，隨著吸鑄電壓的增大，由半固態(tài)到液態(tài)的過渡過程中，合金的非晶形成能力基本呈增強的趨勢。這也說明在該過程中，析出的晶體越來越少，而非晶成分增多。另外，熱分析結(jié)果還表明結(jié)晶相的體積分?jǐn)?shù)隨電壓的增大而降低。
　　 斷口形貌分析表明晶相的體積分?jǐn)?shù)對非晶復(fù)合材料的力學(xué)性能起著至關(guān)重要的作用，相對于完全非晶合金(8KV)的Zr63Cu17.5Al7.5Ni10Fe2和Zr60Cu17.5Al7.5Ni10Ti5而言，大塊非晶基復(fù)合材料(5