本文關鍵詞：Cu-Zr基原位內生非晶復合材料的制備及其力學性能研究

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【摘要】：Cu-Zr基非晶合金不僅具有高強度、低彈性模量和高彈性應變極限的特點，且在冷卻過程中容易析出復雜多變的亞穩(wěn)相，因此受到廣泛關注。本論文以Cu-Zr基原位內生非晶復合材料為研究對象，采用真空電弧熔煉和銅模噴鑄的方法成功制備出了含有彌散分布球形第二相的Cu-Zr-Al-Co非晶復合材料。研究了添加合金元素和冷卻速率對非晶復合材料相組成、微觀組織和應變率相關力學性能的影響，重點分析了產生加工硬化效應的機理和塑性變形能力提高的原因。 隨著冷卻速率的降低，Cu-Zr-Al三元合金由非晶結構轉變?yōu)榉蔷嗪途w相的復合結構；Cu-Zr-Al-Co非晶復合材料中晶體相的體積分數(shù)逐漸增加，分布也更為均勻。相比于Cu-Zr-Al三元合金體系，說明Co元素能夠促進合金熔體中形核核心的形成，有效地避免了大面積晶化現(xiàn)象的發(fā)生。其中，Cu47Zr46.5Al6Co0.5非晶復合材料的非晶基體中彌散分布著尺寸均一的球狀B2-ZrCu相，體積分數(shù)約為10%。 對于Cu-Zr-Al三元合金，當組織為非晶結構時，試樣在準靜態(tài)壓縮下表現(xiàn)出典型的脆性斷裂特征；而當組織為非晶和晶體相的復合結構時，試樣則表現(xiàn)出一定的塑性變形能力。相比之下，Cu-Zr-Al-Co非晶復合材料不僅具有良好的塑性變形能力，而且表現(xiàn)出明顯的加工硬化現(xiàn)象，斷裂應變均達到5%以上。其中Cu47Zr46.5Al6Co0.5非晶復合材料的斷裂強度和應變最高，分別為2211MPa和9.06%，其良好的塑性變形能力主要依賴于晶體相與剪切帶之間的相互作用和形變誘發(fā)的馬氏體相變。 Cu-Zr-Al-Co非晶復合材料的加工硬化效應主要是由于形變誘發(fā)馬氏體相變的強化作用。非晶復合材料在變形過程中發(fā)生了從B2-ZrCu相到ZrCu馬氏體相的轉變，相變起始于彈性變形階段，隨著變形量的增加，ZrCu馬氏體相的體積分數(shù)也不斷增加。ZrCu馬氏體相相比于B2-ZrCu相硬度明顯提高，這能夠顯著補償非晶基體的應變軟化。 在相對較低的應變率（2×10-4~2×10-2s-1）范圍內，非晶復合材料表現(xiàn)出了明顯的塑性變形行為，屈服強度隨著應變率的增加而增加，呈現(xiàn)出正的應變率敏感性。這是由于材料內部少量的位錯在變形中起到主導作用，，同時馬氏體相變生成的ZrCu馬氏體相提高了材料整體的強度。而在高應變率（1.2×103~3.6×103s-1）范圍內，非晶復合材料的斷裂強度隨應變率的增加而減小，呈現(xiàn)出負的應變率敏感性。這是由于材料中的剪切帶在變形中起到主導作用，高應變率導致剪切帶內部的絕熱升溫，使材料局部發(fā)生軟化甚至融化，產生微孔洞或微裂紋等缺陷，最終導致材料的突然性脆斷。
【關鍵詞】：非晶合金 復合材料 原位內生 形變誘發(fā)馬氏體相變 應變率
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 引言11
• 1.2 非晶合金的發(fā)展和研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 非晶合金的發(fā)展歷史11-12
• 1.2.2 非晶合金的制備方法12-13
• 1.2.3 非晶合金的性能特點13-14
• 1.2.4 非晶合金的應用14
• 1.3 非晶復合材料的產生和發(fā)展14-17
• 1.3.1 非晶復合材料的產生和變形機理14-15
• 1.3.2 非晶復合材料的分類15-17
• 1.3.2.1 原位內生晶體相強化的非晶復合材料15-16
• 1.3.2.2 雙非晶相復合材料16
• 1.3.2.3 外加相強化的非晶復合材料16-17
• 1.4 Cu-Zr 基非晶復合材料的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀17-20
• 1.4.1 Cu-Zr 合金中馬氏體相變的發(fā)現(xiàn)17
• 1.4.2 Cu-Zr 合金中 B2-ZrCu 相形成動力學條件17-18
• 1.4.3 含 B2 相的非晶復合材料形狀記憶效應和力學性能的研究進展18-20
• 1.5 本論文的研究意義和主要內容20-22
• 參考文獻22-26
• 第2章 實驗方法26-37
• 2.1 實驗方案26-27
• 2.2 實驗樣品的制備27-29
• 2.2.1 合金成分的確定27
• 2.2.2 母合金的制備27-29
• 2.2.3 非晶復合材料的制備29
• 2.3 非晶復合材料微觀結構與物相分析29-33
• 2.3.1 物相分析29-30
• 2.3.2 形貌分析30-31
• 2.3.3 結構分析31-33
• 2.4 非晶復合材料力學性能測試33-36
• 2.4.1 顯微硬度33
• 2.4.2 準靜態(tài)壓縮性能測試33
• 2.4.3 動態(tài)壓縮性能測試33-36
• 參考文獻36-37
• 第3章 Al 含量對 Cu-Zr 基原位內生非晶復合材料組織和性能的影響37-48
• 3.1 引言37
• 3.2 微觀形貌和物相分析37-40
• 3.2.1 微觀形貌37-38
• 3.2.2 物相分析38-40
• 3.3 準靜態(tài)壓縮力學行為研究40-45
• 3.3.1 準靜態(tài)壓縮力學性能分析40-43
• 3.3.2 斷口形貌分析43-45
• 3.4 本章小結45-46
• 參考文獻46-48
• 第4章 Cu-Zr-Al-Co 四元非晶復合材料的組織及性能48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 微觀形貌和物相分析48-52
• 4.2.1 微觀形貌48-50
• 4.2.2 物相分析50-51
• 4.2.3 界面特征51-52
• 4.3 準靜態(tài)壓縮力學行為研究52-62
• 4.3.1 準靜態(tài)壓縮力學性能分析52-54
• 4.3.2 加工硬化效應54-58
• 4.3.2.1 加工硬化能力表征54-57
• 4.3.2.2 加工硬化機理分析57-58
• 4.3.3 原位高能 X 射線衍射分析58-60
• 4.3.4 塑性提高的機理60-62
• 4.3.4.1 晶體相與剪切帶的相互作用60-61
• 4.3.4.2 形變誘發(fā)馬氏體相變對塑性提高的影響61
• 4.3.4.3 形變誘發(fā)馬氏體相變與剪切帶產生的順序和特點61-62
• 4.3.5 斷口形貌分析62
• 4.4 本章小結62-64
• 參考文獻64-65
• 第5章 Cu_(47)Zr_(46.5)Al_6Co_(0.5)非晶復合材料的動態(tài)壓縮力學行為研究65-74
• 5.1 引言65
• 5.2 動態(tài)壓縮力學行為研究65-68
• 5.2.1 動態(tài)壓縮力學性能分析65-66
• 5.2.2 斷口形貌分析66-68
• 5.3 應變率效應68-71
• 5.4 本章小結71-72
• 參考文獻72-74
• 結論74-76
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單76-77
• 致謝77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊瑞青;范吉堂;李守新;張哲峰;;高應變率下Zr基非晶合金的單軸壓縮斷裂行為[J];實驗室研究與探索;2007年10期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 邱豐;添加元素對Zr-Cu基合金組織與力學性能的影響規(guī)律[D];吉林大學;2009年

本文編號：597082