【摘要】：本文選擇具有形狀記憶效應(yīng)和較強(qiáng)非晶形成能力的Ti-Ni合金體系,采用真空磁懸浮熔煉-負(fù)壓銅模吸鑄法,通過組元調(diào)控與微合金化制備具有組織連續(xù)梯度的形狀記憶合金/非晶基復(fù)合材料,研究其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)行為,分析了形狀記憶晶相對非晶基體的韌塑化作用。通過對Ti-Ni-Cu三元合金進(jìn)行組元調(diào)控,得到(Ti_(0.5)Ni_(0.5))_(80 )Cu_(20)合金試樣,其組織中為非晶基體加過冷奧氏體相B2-Ti(Ni,Cu)和熱致馬氏體相B19’-Ti(Ni,Cu),而無其他金屬間化合物相。合金的力學(xué)性能優(yōu)異,斷裂強(qiáng)度為2246MPa,壓縮塑性應(yīng)變達(dá)到12.2%。合金凝固過程的溫度梯度決定了復(fù)合材料的組織梯度,由表及里,主要為非晶相、馬氏體相和樹枝晶奧氏體相。加載時(shí)形變誘導(dǎo)相變對非晶基體同時(shí)增強(qiáng)增韌,復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能優(yōu)異,以連續(xù)屈服和強(qiáng)烈的加工硬化為主要特征;其斷裂表面存在大量密集均勻的脈絡(luò)紋,析出相周圍形成的多重剪切帶和玻璃基體上剪切帶,擴(kuò)展方向分別與加載方向呈約90°和45°角;復(fù)合材料由表及里呈現(xiàn)出蠕變量、塑性變形逐漸增大而納米硬度逐漸減小的變化趨勢。在Ti-Ni-Cu-Zr四元合金中分別以Cu替代Ni、以Zr替代Ni進(jìn)行組元調(diào)控,得到Ti_(45)Zr_5Cu _XNi_(50-X)(x=5,10,15,20,25,30,35,40)和Ti_(40)Cu_(20 )Ni_(40-X)Zr _X(x=2,4,6,8,10,12)合金成分體系。發(fā)現(xiàn)在Ti_(45)Zr_5Cu_(x )Ni_(50-X)系合金中,隨著Cu含量的增加,析出的形狀記憶晶相體積分?jǐn)?shù)以及復(fù)合材料的強(qiáng)度、塑性都呈先減小后增大的“V”型趨勢變化,當(dāng)X=5時(shí)合金具有最佳力學(xué)性能,斷裂強(qiáng)度為2485MPa,塑性變形能力達(dá)到16%。在Ti_(40)Cu_(20)Ni_(40-X)Zr _X系合金中,X=10時(shí),合金的綜合力學(xué)性能最優(yōu),表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度1180MPa,斷裂強(qiáng)度高達(dá)2300MPa,塑性變形達(dá)到11.6%,且斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)高于屈服強(qiáng)度,沒有出現(xiàn)應(yīng)力誘發(fā)相變平臺,以連續(xù)屈服和強(qiáng)烈的加工硬化為主要特征。當(dāng)通過添加稀土元素Ce,由Ti-Ni-Cu三元合金得到Ti_(40-x )Ce_(x )Ni_(40)Cu_(20)(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0)系成分合金。在體系組元中,稀土元素Ce具有最大的原子半徑和很大的與Ti、Ni的負(fù)混合熱,較之Ti_(45)Zr_5Cux Ni_(50-X)系四元合金,合金系具有更為優(yōu)異的力學(xué)性能;X=0.2時(shí),合金具有最佳綜合力學(xué)性能,斷裂強(qiáng)度為2500MPa,塑性應(yīng)變?yōu)?2.0%;X=0.4時(shí)合金的塑性最高(14.5%)且強(qiáng)度達(dá)到2400MPa。在(Ti_(0.5)Ni_(0.48)M_(0.02))_(80)Cu_(20)(M=Fe、Ce、Zr)合金系中,研究了微合金化對合金相變和加工硬化行為的影響規(guī)律。在鑄態(tài)合金組織中析出相主要為B2-Ti(Ni,Cu)過冷奧氏體相和B19’-Ti(Ni,Cu)熱致馬氏體相,材料為非晶復(fù)合結(jié)構(gòu)。壓應(yīng)力加載斷裂后各試樣的馬氏體衍射峰比鑄態(tài)增強(qiáng),與斷裂前相比,應(yīng)力加載后部分奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,馬氏體析出量明顯增加,且相對于壓應(yīng)力方向的馬氏體擇優(yōu)取向,即應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變。三種合金都有較為優(yōu)異的壓縮力學(xué)性能,合金化元素M的改變(M=Fe、Ce、Zr),對合金力學(xué)性能和相變機(jī)制影響顯著。由真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線分析了三種合金的加工硬化行為,發(fā)現(xiàn)在加工硬化速率-真應(yīng)變曲線和瞬時(shí)加工硬化速率-真應(yīng)變曲線中,復(fù)合材料的加工硬化行為可大致分為三個(gè)階段。M=Fe的合金加工硬化速率、平均加工硬化指數(shù)n和瞬時(shí)加工硬化指數(shù)n*在合金體系中最大,加工硬化能力最強(qiáng),復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度最低(920MPa),塑性最好(13.1%),平均加工硬化指數(shù)最大(n=0.31)。M=Ce的合金加工硬化能力略低于M=Fe的合金,但在加工硬化速率-真應(yīng)變曲線和n*-真應(yīng)變曲線中,加工硬化的各個(gè)階段過程最長,合金的綜合力學(xué)性能最優(yōu),斷裂強(qiáng)度最大(2645MPa),塑性變形為12.2%。Zr元素的加入將促進(jìn)凝固組織中馬氏體的相轉(zhuǎn)變,而抑制合金組織中奧氏體相的形成,使得合金的加工硬化能力最小,因此M=Zr的合金屈服強(qiáng)度最大(1300MPa),塑性最小(7.5%)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB331;TG139
【圖文】：

碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論的基本概念及性能特征材料雖然千千萬萬，但究其內(nèi)在本質(zhì)，大致可將材料分狀態(tài)。以往人們所使用的大多是晶態(tài)材料，而對于非晶屬熔體經(jīng)快速冷卻，所得到的具有玻璃特性的固體材料內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)（圖 1.1）[1]。液態(tài)金屬在非常高的冷卻速被凍結(jié)在原來位置周圍而不發(fā)生形核與長大，形成和液

等人用吸鑄法在相當(dāng)?shù)偷睦鋮s速度（1000K/s 以內(nèi)璃棒[18]。大塊金屬玻璃體系的發(fā)現(xiàn)對于我們來說上個(gè)世紀(jì) 80 年代末，Inoue[19-20]等人在這一領(lǐng)域方法得到了 La-Al-Ni-Cu、Zr-Al-Ni-Cu、 Mg-Y-金屬玻璃體系。，不論是在金屬玻璃制備工藝上，還是在強(qiáng)韌化 年，Johnson[21-23]的研究拓展到對非晶合金的塑性塑性的塊體非晶合金系，這個(gè)發(fā)現(xiàn)打破了以往非今，中科院物理研究所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的汪衛(wèi)華[24-25]域取得重大突破，走在科研前列，不僅提供了新材料的研究樹立了信心，相信，非晶材料可以憑產(chǎn)甚至人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛應(yīng)用。2008 年，新加三元非晶合金的棒狀試樣，直徑可達(dá)到 8mm 。員的不懈努力，對金屬玻璃的形成機(jī)理越來越了出了很多類大尺寸的塊體非晶[28-29]

圖 1.3 采用非晶合金制成的高爾夫球桿晶合金是將液體和固體、金屬和玻璃的特征集于一身的金屬合金材料[10]。結(jié)構(gòu)決定了非晶合金比晶態(tài)材料具有更多的優(yōu)異性能，比如良好的力、磁學(xué)性能。通過不斷深入的研究以及對非晶合金性能方面愈加的了解，使人合金材料產(chǎn)生興趣，進(jìn)而進(jìn)一步發(fā)掘其力學(xué)、電磁學(xué)以及熱力學(xué)方面性能，這一直促使著世界各國研究者不斷努力、不斷探索，進(jìn)而推動(dòng)了技術(shù)的改進(jìn)的技術(shù)不僅使研究工作變得相對容易一些，而且降低了研究的成本，應(yīng)用的步伐，使之在生活的方方面面應(yīng)用越來越廣泛，以滿足社會發(fā)展的力學(xué)性能的應(yīng)用力學(xué)性能首先被開發(fā)應(yīng)用于體育用品，因?yàn)槠浔瘸Ｒ?guī)的金屬的性能要穩(wěn)定強(qiáng)度和韌性，且能積聚更多的彈性能。我們所熟知的高爾夫球頭就是由非作的，當(dāng)然，諸如棒球棒、網(wǎng)球拍以及自行車的零部件等諸多體育器材都金[50]，用非晶合金做體育器材不僅可以滿足器材自身所要達(dá)到的質(zhì)量要求有效保護(hù)運(yùn)動(dòng)員的情況下是運(yùn)動(dòng)員取得更高、更快、更強(qiáng)，使運(yùn)動(dòng)員取得推動(dòng)體育更好的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771373