【摘要】：非晶合金因其優(yōu)良而獨(dú)特的性能在眾多領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力,Cu-Zr基非晶合金更是具有高玻璃形成能力、高熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。但非晶合金的室溫脆性和應(yīng)變軟化限制了其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用,因此利用非晶合金的超塑性進(jìn)行成型加工將有效開發(fā)其應(yīng)用價(jià)值。要實(shí)現(xiàn)非晶合金的超塑性加工,必須掌握非晶合金在過冷液相區(qū)的變形規(guī)律,有效控制非晶合金在承受環(huán)境熱和外力時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)及性能變化。本文采用高溫壓縮實(shí)驗(yàn)研究了(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2塊體非晶合金過冷液相區(qū)的變形規(guī)律,采用X射線衍射儀(XRD)及透射電子顯微鏡(TEM)分析了不同變形條件對(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2非晶合金組織結(jié)構(gòu)的影響,研究了超塑性變形對非晶合金力學(xué)性能及熱性能的影響,并運(yùn)用差示掃描量熱分析法對(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_((100-x))Y_x(x=1,2,3)非晶合金進(jìn)行熱力學(xué)測試,對(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_((100-x))Y_x(x=1,2,3)非晶合金的非等溫及等溫晶化動力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算和分析。對(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2非晶合金的超塑性變形行為的研究表明:當(dāng)(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2非晶合金的變形溫度在713K且應(yīng)變速率大于5×10~(-3)s~(-1)時(shí)發(fā)生脆性斷裂。合金在不同的變形條件呈現(xiàn)不同的狀態(tài),“分界線”為使合金處于牛頓粘性流體與非牛頓流體狀態(tài)的變形條件的分界線,當(dāng)變形條件在“分界線”以上時(shí),合金表現(xiàn)為非牛頓粘性流動狀態(tài),當(dāng)變形條件在“分界線”以下時(shí),合金表現(xiàn)為牛頓粘性流動狀態(tài)。不同變形條件下的(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2合金,溫度越高或應(yīng)變速率越低時(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變越明顯。變形后樣品的抗壓強(qiáng)度均略低于鑄態(tài)時(shí)的抗壓強(qiáng)度,仍保留著鑄態(tài)時(shí)的高強(qiáng)度特性。隨著變形溫度的升高或應(yīng)變速率的降低,超塑性變形后的合金的晶化溫度T_x降低,過冷液相區(qū)范圍變窄,放熱焓值也降低。(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2非晶合金發(fā)生晶化的條件是溫度在733K以上及應(yīng)變速率小于等于1×10~(-3)s~(-1)。當(dāng)條件達(dá)到使非晶合金處于牛頓粘性流體狀態(tài)且不發(fā)生晶化時(shí)適合超塑性加工,(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2非晶合金合適的超塑性加工參數(shù)范圍:變形條件在“分界線”以下,且當(dāng)溫度高于733K時(shí),應(yīng)變速率必須大于1×10~(-3)s~(-1)。對(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_((100-x))Y_x(x=1,2,3)非晶合金的非等溫及等溫晶化動力學(xué)的研究表明:非等溫條件下,(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_((100-x))Y_x(x=1,2,3)非晶合金的T_g、T_x和T_p隨升溫速率的增加均向高溫方向移動,表現(xiàn)出明顯的動力學(xué)效應(yīng),且晶化的動力學(xué)效應(yīng)更為突出。Y含量的變化對非晶合金的結(jié)晶動力學(xué)產(chǎn)生了影響,當(dāng)x=2時(shí),成核和長大過程比x=1時(shí)容易,隨著Y含量的增加(x=3),成核和長大過程又變得困難。隨著α的增加,(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_((100-x))Y_x(x=1,2,3)非晶合金的局域Avrami指數(shù)隨著α的增加而減小,且在開始階段n4,結(jié)晶速率較快,結(jié)晶量不斷增加,在后期階段2n4,結(jié)晶速率降低,結(jié)晶緩慢進(jìn)行。等溫條件下,(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_((100-x))Y_x(x=1,2,3)非晶合金的孕育期均隨著保溫溫度的升高而縮短。三種非晶合金在結(jié)晶過程中,晶化體積分?jǐn)?shù)的變化速度隨著保溫溫度的升高而加快,激活能隨晶化體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。通過計(jì)算Avrami指數(shù)知,三種非晶合金在結(jié)晶過程中晶粒的生長均是由擴(kuò)散控制的三維生長。(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(99)Y_1、(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(97)Y_3非晶合金在結(jié)晶過程中晶粒的生長主要是伴隨著成核速率增加的小顆粒的生長,(Cu_(43)Zr_(48)Al_9)_(98)Y_2非晶合金在結(jié)晶過程中晶粒的生長主要是伴隨著成核速率減小的晶粒的生長。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.8
【圖文】：

圖 1.1 具有不同玻璃形成能力的合金熔體的 TTT 曲線晶合金的結(jié)構(gòu)特征體非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)與晶態(tài)合金完全不同，可以從三個(gè)方面進(jìn)行表述：（1金的結(jié)構(gòu)不存在成分偏析、第二相和夾雜物，呈現(xiàn)致密的無序堆積狀態(tài)[11]；（晶合金內(nèi)部原子排列只存在短程的有序，近鄰和次近鄰的原子鍵合具有一定是一種有缺陷、不完整的有序[11]；（3）塊體非晶合金是一種亞穩(wěn)態(tài)材料，如的條件，亞穩(wěn)的非晶相會向穩(wěn)定的晶化相轉(zhuǎn)變，如將其在低溫下退火，非晶合構(gòu)弛豫，將其在高溫下退火，非晶合金則會發(fā)生晶化，兩種形式都會使非晶合發(fā)生變化，從而達(dá)到另一種亞穩(wěn)態(tài)[12]。圖 1.2(a)、(b)分別為晶態(tài)合金和非晶態(tài)子排列圖。

圖 1.1 具有不同玻璃形成能力的合金熔體的 TTT 曲線.2.1 非晶合金的結(jié)構(gòu)特征塊體非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)與晶態(tài)合金完全不同，可以從三個(gè)方面進(jìn)行表述：（1）態(tài)合金的結(jié)構(gòu)不存在成分偏析、第二相和夾雜物，呈現(xiàn)致密的無序堆積狀態(tài)[11]；（體非晶合金內(nèi)部原子排列只存在短程的有序，近鄰和次近鄰的原子鍵合具有一定的，即是一種有缺陷、不完整的有序[11]；（3）塊體非晶合金是一種亞穩(wěn)態(tài)材料，如果一定的條件，亞穩(wěn)的非晶相會向穩(wěn)定的晶化相轉(zhuǎn)變，如將其在低溫下退火，非晶合金生結(jié)構(gòu)弛豫，將其在高溫下退火，非晶合金則會發(fā)生晶化，兩種形式都會使非晶合金排列發(fā)生變化，從而達(dá)到另一種亞穩(wěn)態(tài)[12]。圖 1.2(a)、(b)分別為晶態(tài)合金和非晶態(tài)合部原子排列圖。

固態(tài)的吉布斯自由能 G 比液態(tài)低，當(dāng)溫度在熔點(diǎn) Tm以上時(shí)，液態(tài)的吉布斯自由能比固態(tài)更低，圖1.3 為晶態(tài)和液態(tài)的吉布斯自由能示意圖。其中，Tm為物質(zhì)的熔點(diǎn)，Ts為物質(zhì)的凝固溫度， T 為過冷度， Gv為單位體積物質(zhì)凝固的驅(qū)動力。圖 1.3 晶態(tài)和液態(tài)的吉布斯自由能示意圖因此，當(dāng)溫度處于熔點(diǎn)以下時(shí)，液體會有凝固的趨勢。結(jié)晶過程一般伴隨著晶體的形核和長大，若要發(fā)生結(jié)晶則需要克服能量勢壘，如原子擴(kuò)散和固液界面能等。在結(jié)晶的過程中，晶態(tài)的吉布斯自由能與液態(tài)的吉布斯自由能的差值會作為驅(qū)動力， T 為過冷度，它表示物質(zhì)熔點(diǎn)與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值， Gv為固、液兩相的吉布斯自由能差。合金變?yōu)榻饘俨ＡУ臈l件是當(dāng)合金液體過冷到 Tg以下且沒有發(fā)生結(jié)晶。因此，在冷卻的過程中，液態(tài)金屬合金可通過兩種方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，圖 1.4 為非晶合金形成的原理

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉勇;張麗;楊湘杰;陸德平;;大塊非晶合金熱塑性成形的研究進(jìn)展[J];江西科學(xué);2011年05期

2 李傳福;張川江;辛學(xué)祥;;非晶態(tài)合金的制備與應(yīng)用進(jìn)展[J];山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年01期

3 張曉立;王金相;孫宇新;劉家驄;;塊體非晶合金的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2007年24期

本文編號：2772519