冷熱處理對(duì)Zr基塊體非晶合金結(jié)構(gòu)和性能的影響
發(fā)布時(shí)間：2020-12-17 04:33
塊體非晶合金因其優(yōu)異的力學(xué)性能而具備極大地應(yīng)用潛力,但遠(yuǎn)低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的低塑性極大地限制了非晶合金在工程中的應(yīng)用。熱處理是提升金屬材料性能常用的手段。而一些研究表明,低溫?zé)嵫h(huán)也能夠提升非晶合金的各項(xiàng)性能,所以本文選擇Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6塊體非晶合金作為研究對(duì)象,利用X射線衍射（XRD）分析儀、示差掃描量熱儀（DSC）、力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、掃描電子顯微鏡（SEM）、電化學(xué)工作站等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)的研究了低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的馳豫退火以及低溫?zé)嵫h(huán)對(duì)合金結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響,并分析了其影響機(jī)理。系統(tǒng)研究了馳豫退火以及低溫?zé)嵫h(huán)對(duì)Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6塊體非...
【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
自由體積模型
冷熱處理對(duì)Zr基塊體非晶合金結(jié)構(gòu)和性能的影響6氮(77K)溫度之間的低溫?zé)嵫h(huán)處理，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的再生程度和合金的初始結(jié)構(gòu)(如局部原子堆積、殘余應(yīng)力和結(jié)構(gòu)不均勻性)有很大的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)指出，0.9Tg溫度下退火20小時(shí)的試樣呈現(xiàn)出極大的再生程度。圖1.2鑄態(tài)和不同次數(shù)低溫?zé)嵫h(huán)處理之后Zr46Cu46Al8塊體非晶合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線[57]Fig.1.2StressstraincurvesofZr46Cu46Al8bulkamorphousalloyafterascastanddifferenttimesofcryogenicthermalcycles[57]郭偉等[63]研究了Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金在低溫?zé)嵫h(huán)處理后組織和力學(xué)性能的變化，發(fā)現(xiàn)循環(huán)處理前后的合金結(jié)構(gòu)整體都保持著非晶結(jié)構(gòu)，但循環(huán)處理過后的合金呈現(xiàn)更低的密度和更高的馳豫焓，表現(xiàn)出一種回復(fù)行為。文章指出，低溫?zé)嵫h(huán)處理引入了過量的自由體積，這是非晶合金結(jié)構(gòu)復(fù)興的主要原因，而自由體積的引入則源于核-殼非均勻組織的局部性，在循環(huán)過程中引起了顯著的內(nèi)應(yīng)力。復(fù)興后的玻璃具有更多的自由體積和更大的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)，有利于產(chǎn)生多個(gè)剪切帶，所以塑性得以增強(qiáng)。因此，低溫?zé)嵫h(huán)處理被認(rèn)為是一種有效的、可行的、無損的金屬玻璃再生和塑化的方法。1.7不同處理方式對(duì)塊體非晶合金的影響1.7.1退火對(duì)塊體非晶合金的影響退火處理是一種很普遍的金屬熱處理工藝，通過退火，可以消除金屬殘余應(yīng)力，改善切削加工性等。大量研究表明，退火處理對(duì)塊體非晶合金也有十分重要的影響。邊贊[64]將Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5塊體非晶合金在400℃短時(shí)間保溫后，退火態(tài)試樣未產(chǎn)生晶化，且壓縮強(qiáng)度基本沒變，塑性略有降低；同一溫度長時(shí)間保溫后，合金試樣內(nèi)部的晶體相分?jǐn)?shù)呈增高趨勢(shì)，伴隨著強(qiáng)度的逐漸增加和塑性的逐漸較小，直到無塑性。他認(rèn)為，材料強(qiáng)度上升塑性下降?
合金錠子總質(zhì)量為60g，配料前打磨去除原材料表面的污垢及氧化物，隨后浸沒在酒精或丙酮溶液中用超聲清洗10min，配料時(shí)各組分元素質(zhì)量誤差值為±0.002g，按照各組份精確配料之后再一次浸在酒精或丙酮溶液中用超聲波清洗10min。因?yàn)榻饘貯l、Er極易被氧化，所以還需將配料完成并清洗干凈的各試樣真空封裝，以備熔煉之用。表2.1實(shí)驗(yàn)所需材料的純度（質(zhì)量百分比）Table2.1Purityofmaterialsrequiredfortheexperiment(Percentagebyweight)2.2.3電磁感應(yīng)熔煉設(shè)備及原理本實(shí)驗(yàn)選用電磁感應(yīng)懸浮熔煉設(shè)備制備母合金，設(shè)備具體裝置如圖2.2。圖2.2電磁感應(yīng)懸浮熔煉設(shè)備圖Fig.2.2Drawingofelectromagneticinductionlevitationsmeltingequipment水冷銅坩堝裝置是本實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的核心裝置。其材質(zhì)為紫銅并分為若干瓣，每一瓣紫銅內(nèi)部設(shè)有冷卻水的進(jìn)出口管線，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性。熔煉時(shí)，在電磁感應(yīng)線圈的作用下，坩堝內(nèi)的合金熔體和每一瓣坩堝都會(huì)產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，水冷坩堝產(chǎn)生的渦流與合金熔體旋轉(zhuǎn)方向相同，即兩者形成的電磁場(chǎng)極性相同，同性相斥，所以合金熔體會(huì)在斥力作用下懸浮在坩堝正中(如圖2.3所示)，這樣避合金元素ZrErNiAlCuwt%99.9599.9999.9599.9999.99
本文編號(hào)：2921417
【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省
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【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
自由體積模型
冷熱處理對(duì)Zr基塊體非晶合金結(jié)構(gòu)和性能的影響6氮(77K)溫度之間的低溫?zé)嵫h(huán)處理，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的再生程度和合金的初始結(jié)構(gòu)(如局部原子堆積、殘余應(yīng)力和結(jié)構(gòu)不均勻性)有很大的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)指出，0.9Tg溫度下退火20小時(shí)的試樣呈現(xiàn)出極大的再生程度。圖1.2鑄態(tài)和不同次數(shù)低溫?zé)嵫h(huán)處理之后Zr46Cu46Al8塊體非晶合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線[57]Fig.1.2StressstraincurvesofZr46Cu46Al8bulkamorphousalloyafterascastanddifferenttimesofcryogenicthermalcycles[57]郭偉等[63]研究了Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金在低溫?zé)嵫h(huán)處理后組織和力學(xué)性能的變化，發(fā)現(xiàn)循環(huán)處理前后的合金結(jié)構(gòu)整體都保持著非晶結(jié)構(gòu)，但循環(huán)處理過后的合金呈現(xiàn)更低的密度和更高的馳豫焓，表現(xiàn)出一種回復(fù)行為。文章指出，低溫?zé)嵫h(huán)處理引入了過量的自由體積，這是非晶合金結(jié)構(gòu)復(fù)興的主要原因，而自由體積的引入則源于核-殼非均勻組織的局部性，在循環(huán)過程中引起了顯著的內(nèi)應(yīng)力。復(fù)興后的玻璃具有更多的自由體積和更大的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)，有利于產(chǎn)生多個(gè)剪切帶，所以塑性得以增強(qiáng)。因此，低溫?zé)嵫h(huán)處理被認(rèn)為是一種有效的、可行的、無損的金屬玻璃再生和塑化的方法。1.7不同處理方式對(duì)塊體非晶合金的影響1.7.1退火對(duì)塊體非晶合金的影響退火處理是一種很普遍的金屬熱處理工藝，通過退火，可以消除金屬殘余應(yīng)力，改善切削加工性等。大量研究表明，退火處理對(duì)塊體非晶合金也有十分重要的影響。邊贊[64]將Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5塊體非晶合金在400℃短時(shí)間保溫后，退火態(tài)試樣未產(chǎn)生晶化，且壓縮強(qiáng)度基本沒變，塑性略有降低；同一溫度長時(shí)間保溫后，合金試樣內(nèi)部的晶體相分?jǐn)?shù)呈增高趨勢(shì)，伴隨著強(qiáng)度的逐漸增加和塑性的逐漸較小，直到無塑性。他認(rèn)為，材料強(qiáng)度上升塑性下降?
合金錠子總質(zhì)量為60g，配料前打磨去除原材料表面的污垢及氧化物，隨后浸沒在酒精或丙酮溶液中用超聲清洗10min，配料時(shí)各組分元素質(zhì)量誤差值為±0.002g，按照各組份精確配料之后再一次浸在酒精或丙酮溶液中用超聲波清洗10min。因?yàn)榻饘貯l、Er極易被氧化，所以還需將配料完成并清洗干凈的各試樣真空封裝，以備熔煉之用。表2.1實(shí)驗(yàn)所需材料的純度（質(zhì)量百分比）Table2.1Purityofmaterialsrequiredfortheexperiment(Percentagebyweight)2.2.3電磁感應(yīng)熔煉設(shè)備及原理本實(shí)驗(yàn)選用電磁感應(yīng)懸浮熔煉設(shè)備制備母合金，設(shè)備具體裝置如圖2.2。圖2.2電磁感應(yīng)懸浮熔煉設(shè)備圖Fig.2.2Drawingofelectromagneticinductionlevitationsmeltingequipment水冷銅坩堝裝置是本實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的核心裝置。其材質(zhì)為紫銅并分為若干瓣，每一瓣紫銅內(nèi)部設(shè)有冷卻水的進(jìn)出口管線，具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性。熔煉時(shí)，在電磁感應(yīng)線圈的作用下，坩堝內(nèi)的合金熔體和每一瓣坩堝都會(huì)產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，水冷坩堝產(chǎn)生的渦流與合金熔體旋轉(zhuǎn)方向相同，即兩者形成的電磁場(chǎng)極性相同，同性相斥，所以合金熔體會(huì)在斥力作用下懸浮在坩堝正中(如圖2.3所示)，這樣避合金元素ZrErNiAlCuwt%99.9599.9999.9599.9999.99
本文編號(hào)：2921417
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