非晶態(tài)合金原子排列具有長程無序、短程有序的結構特點,不含有傳統(tǒng)晶體材料常見的位錯、晶界等缺陷,因而呈現(xiàn)出許多獨特的物理、化學及力學性能,受到人們的廣泛關注。然而,非晶態(tài)合金的應變軟化和室溫脆性成為限制其工程應用的瓶頸。通過將“相變誘導塑性”的概念引入到非晶態(tài)合金中,本課題組成功制備出具有高的屈服強度,顯著加工硬化能力和優(yōu)良拉伸塑性的非晶復合材料。但是,目前所開發(fā)的“相變誘導塑性”效應增韌的晶復合材料的尺寸受限,嚴重限制了非晶態(tài)合金作為結構材料的廣泛工程應用。同時,目前所開發(fā)的“相變誘導塑性”增韌的非晶復合材料組織對合金化元素及工藝等非常敏感,晶體增強相不夠穩(wěn)定,極易長大聯(lián)結。此外,“相變誘導塑性”增韌非晶復合材料的變形機理以及變形過程中的組織演化尚不清晰。因此,亟待開發(fā)更加穩(wěn)定的大尺寸“相變誘導塑性”增韌的非晶復合材料,并探索揭示其變形機理�；谝陨县酱鉀Q的科學問題和工程問題,本論文首先系統(tǒng)研究了合金化元素A1和Ag對CuZr基非晶復合材料非晶形成能力和亞穩(wěn)奧氏體B2-CuZr相穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)Al和Ag均能提高非晶基體的非晶形成能力。在此基礎上,建立了 A1添加量-Ag添加量-冷卻速度-相組成之間的選擇關系,為制備出大尺寸的含有單一 B2-CuZr增強相的非晶復合材料奠定了基礎;其次,本論文將異質形核理論引入非晶態(tài)合金,發(fā)現(xiàn)少量Sn的添加能與合金主組元Zr反應生成非常穩(wěn)定的金屬間化合物Zr5Sn3,Zr5Sn3與亞穩(wěn)奧氏體B2-CuZr相具有相當低的二維面錯配度,因而在快冷過程中,能作為形核劑促進B2-CuZr相形核,從而得到均勻彌散的非晶復合材料組織(晶體相尺寸小于100 um)。研究還發(fā)現(xiàn),Sn元素的添加不僅能提高非晶基體的非晶形成能力,而且對B2-CuZr的馬氏體相變能力影響不大。最后,本論文詳細研究了近厘米級“相變誘導塑性”增韌的非晶復合材料變形過程中的組織演化規(guī)律及變形機理。研究發(fā)現(xiàn)該類非晶復合材料中具有微米級和納米級兩種尺寸的B2-CuZr相。在變形過程中,微米級B2-CuZr通過切變方式轉變?yōu)楹写罅扛呙芏任诲e的馬氏體板條,而納米級B2-CuZr通過孿晶的方式進行切變轉變?yōu)锽19'-CuZr馬氏體相。通過對中斷拉伸試樣的組織表征,發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)條件下,Cu46.25Zr48Al4Ag1Sn0.75非晶復合材料中晶體相由大量明暗相間的亞晶組成,明相為B2-CuZr,暗相為具有超點陣結構的B2-CuZr。初生馬氏體優(yōu)先在亞晶界形核,并向明相(B2-CuZr)延伸。隨著拉伸的繼續(xù),初生馬氏體板條擴展長大直至材料失效。在變形過程中,亞穩(wěn)奧氏體相發(fā)生馬氏體相變,吸收大量應變能,且該晶相能有效阻礙剪切帶擴展,促進剪切帶增殖,從而使得材料獲得良好的拉伸塑性和顯著的加工硬化能力。本論文的研究工作不僅適用于CuZr基非晶態(tài)合金,對其它大尺寸“相變誘導塑性”增韌非晶復合材料體系的開發(fā)、組織調控、性能優(yōu)化和變形機理研究都具有重要意義,極大地拓寬了非晶態(tài)合金作為結構材料的工程應用前景。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

ｆ；邋；邋ｉｎｉ逡逑ｎｒ：／邋Ｈ邋＼ｒ逡逑＆邋Ｉ邋１邋？逡逑０．００邐０．０２邐０．０４邐０．０６邐０．０８邐０－１０逡逑Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ邋ｓｔｒａｉｎ逡逑圖２－２原位生成Ｂ２相ＣｕＺｒ基非晶復合材料ｌ１５ｌ逡逑－１１邋－逡逑

在合金化方面，基于Ａ１對ＣｕＺｒ非晶體系非晶形成能力的顯著作用，作逡逑者所在研宄組系統(tǒng)研宄了不同Ａ１含量對ＣｕＺｒ基非晶復合材料組織和性能的逡逑影響圖２＿４（ａ）為不同Ａ１含量的ＣｕＺｒＡｌ體系非晶態(tài)合金的差示熱量掃描逡逑（ＤＳＣ）結果，隨著Ａ１含量的增加，奧氏體轉變溫度和馬氏體轉變溫度都明逡逑顯降低，說明Ａ１的加入穩(wěn)定了高溫下的奧氏體型晶相，而且使馬氏體轉變變逡逑得更加困難。圖２－４（ｂ）從相競爭的角度，通過ＴＴＴ邋（Ｔｉｍｅ邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－逡逑Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）曲線對該非晶復合材料中Ｂ２相的形成進行了描述。當Ａ１含逡逑量較少（彡２邋ａｔ．％）時，冷卻速度需大于ＣｕＺｒ相析出的冷卻速度才能形成非逡逑晶，而當冷卻速度小于臨界冷卻速度時，高溫穩(wěn)定的Ｂ２－ＣｕＺｒ相會析出，而逡逑由于此時馬氏體轉變溫度和玻璃轉變溫度比較接近，析出的Ｂ２－ＣｕＺｒ相很容逡逑易轉變成為馬氏體ＣｕＺｒ相。當Ａ１含量增加為３－８邋ａｔ．％時，由于較多的Ａ１需逡逑要排出

在冷卻速度不足以生成全非晶結構時，ＡｈＺｒ相率先析出成為先析逡逑出相，造成合金非晶形成能力的下降，同時合金無法生成單一邋Ｂ２－ＣｕＺｒ相加逡逑非晶基體的結構（如圖２－４（ｂ）中紅色虛線所示）。因此，第二相為單一的亞穩(wěn)逡逑奧氏體相的非晶復合材料只有在一定的成分范圍和合適的冷卻速度，亦即一逡逑定的熱力學和動力學平衡條件下才能實現(xiàn)。研宄合金化元素對合金的非晶形逡逑成能力、亞穩(wěn)奧氏體相的形成及其馬氏體相變能力的作用十分必要。逡逑￣邐（ａｙ逡逑ｙ－Ｘ邋ｓ邐Ｃｏｏｌｉｎｇ逡逑NB邐一邐邐邐邐邐ＡＩ６逡逑—邐ＡＩＯ逡逑0逡逑ｉ邐一＿邋ＡＩ６逡逑｜邐二一二邋ＡＩ４逡逑邐象邐邐ＡＩ０逡逑￣Ｉ邐？邐｜邐１邐Ｉ邐１逡逑２００邐４００邐６００邐８００逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，邋Ｋ逡逑－１７邋－逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

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本文編號：2831263