本文關(guān)鍵詞：熱處理對Zr基非晶合金Vickers壓痕塑性變形行為的影響

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【摘要】：塊體非晶合金因其具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性變形、耐摩擦、耐腐蝕等許多優(yōu)異的性能而有望成為新興的結(jié)構(gòu)材料。然而,由于非晶合金內(nèi)不存在晶界和無位錯滑移機(jī)制,因此它的室溫塑性變形是以形成高度局域化的剪切帶的方式進(jìn)行的。剪切帶形成后快速擴(kuò)展往往導(dǎo)致材料發(fā)生脆性斷裂,從而表現(xiàn)為宏觀室溫塑性變形量非常小,使得非晶合金作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用受到了很大的限制。非晶合金的室溫塑性與剪切帶的形核與擴(kuò)展過程密切相關(guān)。如果塑性變形過程中,主剪切帶的快速擴(kuò)展能被有效抑制,并且主剪切帶能夠分支成大量微小的剪切帶,那么材料的室溫塑性變形能力將會得到大大的提高。近年來的一些研究成果表明,自由體積含量以及分布在非晶基體中的第二相顆粒對剪切帶的形核與擴(kuò)展具有極其顯著的影響。非晶合金在界面壓痕變形方式下形成的剪切帶形貌便于觀察,能夠很方便的研究剪切帶的演變規(guī)律,有助于揭示非晶合金的塑性變形機(jī)制。本論文的研究中,以Zr基非晶合金系中極具代表性的Zr55Al10Ni5Cu30和Zr65Al7.5Cu12.5Ni10Ag5塊體非晶合金為研究對象,通過熱處理實現(xiàn)了非晶合金自由體積含量的變化以及第二相晶粒的晶化析出。分別在低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和過冷液相區(qū)(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg與晶化開始溫度Tx之差)內(nèi)進(jìn)行不同退火溫度以及不同保溫時間的等溫退火處理,得到具有不同自由體積含量和晶化體積分?jǐn)?shù)的非晶合金和非晶基復(fù)合材料。利用XRD、DSC以及HRTEM對退火處理前后非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。利用維氏顯微硬度計對合金試樣進(jìn)行顯微硬度測量和Vickers界面壓痕實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不管是在低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg還是在過冷液相區(qū)內(nèi)的等溫退火處理均能使非晶合金的顯微硬度增加。通過SEM觀察Vickers壓痕下方剪切帶形核與擴(kuò)展的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的等溫退火處理使得合金剪切變形區(qū)尺寸、剪切帶的密度和剪切半徑有一定程度的減小,并且這一變化趨勢隨著保溫時間的延長而加劇。這是弛豫退火導(dǎo)致自由體積分布更加均勻、過剩自由體積含量降低的結(jié)果。而過冷液相區(qū)內(nèi)的等溫退火處理使得剪切變形區(qū)尺寸、剪切帶的密度和剪切半徑有先增大后減小的變化趨勢。當(dāng)剪切帶密度增加時,剪切帶變得平滑、均勻,同時射線狀二次剪切帶的數(shù)量和尺寸也有所增加;當(dāng)剪切帶密度減小時,會出現(xiàn)一定程度的流變現(xiàn)象,并且很難觀察到尺寸較大的二次剪切帶。這一趨勢的出現(xiàn)是由自由體積含量降低以及非晶晶化析出第二相粒子共同作用的結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：非晶合金 等溫退火 剪切帶 顯微硬度 塑性變形
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG139.8;TG156
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 引言11
• 1.2 非晶合金及其發(fā)展歷史11-14
• 1.2.1 非晶合金的定義11-12
• 1.2.2 非晶合金的發(fā)展歷史12-14
• 1.3 非晶合金的制備14-17
• 1.4 非晶合金的性能及應(yīng)用前景17-21
• 1.4.1 非晶合金的性能17-19
• 1.4.2 非晶合金的應(yīng)用前景19-21
• 1.5 非晶合金的塑性研究進(jìn)展21-23
• 1.5.1 非晶合金的塑性變形方式21-22
• 1.5.2 非晶合金中剪切帶的產(chǎn)生22
• 1.5.3 非晶合金的塑性變形機(jī)制22-23
• 1.6 非晶合金的結(jié)構(gòu)弛豫與晶化23-25
• 1.6.1 非晶合金的結(jié)構(gòu)弛豫23-24
• 1.6.2 非晶合金的晶化24-25
• 1.6.3 結(jié)構(gòu)弛豫對晶化的影響25
• 1.7 提高非晶合金室溫塑性的方法25-28
• 1.7.1 塑性非晶合金26
• 1.7.2 非晶基復(fù)合材料26-27
• 1.7.3 表面改性27-28
• 1.8 壓痕方法及其在非晶合金變形行為研究中的應(yīng)用28
• 1.9 本文研究的主要內(nèi)容及意義28-31
• 1.9.1 研究內(nèi)容29
• 1.9.2 研究意義29-31
• 第二章 實驗方法31-35
• 2.1 實驗方案31
• 2.2 本論文所需主要設(shè)備31-32
• 2.3 實驗材料的制備32-33
• 2.3.1 初始母合金鑄錠的制備32
• 2.3.2 鑄態(tài)塊體非晶合金試樣的制備32-33
• 2.4 塊體非晶合金試樣的退火處理及其力學(xué)實驗33-34
• 2.5 熱處理后塊體非晶合金試樣的微觀結(jié)構(gòu)和DSC分析34-35
• 第三章 Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)塊體非晶合金退火處理后的Vickers壓痕塑性變形行為35-55
• 3.1 非晶合金試樣的微觀結(jié)構(gòu)表征35-38
• 3.1.1 鑄態(tài)非晶合金試樣的微觀結(jié)構(gòu)表征35-36
• 3.1.2 退火后非晶合金試樣的微觀結(jié)構(gòu)表征36-38
• 3.2 退火處理后Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)塊體非晶合金的熱穩(wěn)定性分析38-43
• 3.3 等溫退火處理對Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)塊體非晶合金顯微硬度的影響43-45
• 3.4 等溫退火處理對Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)塊體非晶合金剪切帶形貌的影響45-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 退火處理對Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金剪切帶形貌的影響55-73
• 4.1 退火處理對Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的影響55-59
• 4.1.1 鑄態(tài)Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)55-56
• 4.1.2 退火后Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)56-59
• 4.2 退火處理對Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金熱穩(wěn)定性的影響59-62
• 4.3 Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金顯微硬度的變化62-63
• 4.4 Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5塊體非晶合金剪切帶形貌的研究63-70
• 4.5 退火處理對兩種不同成分合金影響的對比分析70-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第五章 非晶合金中剪切帶的形核與擴(kuò)展73-81
• 5.1 Vickers壓痕下方剪切帶的形成與擴(kuò)展73-76
• 5.1.1 Vickers壓痕變形受力分析73-74
• 5.1.2 剪切帶的形核與擴(kuò)展74-76
• 5.2 自由體積含量變化的產(chǎn)生76
• 5.3 晶化第二相的形成76-77
• 5.4 自由體積、晶化第二相對剪切帶形成過程的影響77-78
• 5.5 本章小結(jié)78-81
• 第六章 結(jié)論與展望81-83
• 6.1 結(jié)論81
• 6.2 展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-91
• 致謝91-93
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄93-94

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3 本報記者 倪e，

本文編號：1006622