本文關(guān)鍵詞：納米晶鐵鋯合金的晶粒長大行為及熱穩(wěn)定性研究

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【摘要】：鐵基合金是一類重要的工程材料,組織納米化可使這類合金獲得極為優(yōu)異的物理/化學(xué)性能。然而,納米晶材料包含大量的晶界,這使得這類材料具有極高的能量狀態(tài),微觀組織熱穩(wěn)定性極差,易發(fā)生粗化。研究表明,通過添加強晶界偏析元素可有效改善納米晶材料的熱穩(wěn)定性。本文選取強晶界偏析鐵鋯合金為研究對象,利用高能球磨的方法制備了納米晶鐵鋯合金,進(jìn)一步對所制備的納米晶試樣進(jìn)行了不同溫度、不同時間的退火處理。配有二維探測器的X射線衍射儀和透射電鏡對制備態(tài)和退火態(tài)的合金試樣的晶粒尺寸、相組成等微觀組織特征進(jìn)行了系統(tǒng)表征;系統(tǒng)研究了晶粒尺寸、鋯元素的晶界過剩量、第二相析出隨退火溫度、時間的演化規(guī)律;結(jié)合相關(guān)熱/動力學(xué)模型,分析了納米晶鐵鋯合金的晶粒長大行為及合金的熱穩(wěn)定性;得到如下主要結(jié)論:(1)鋯元素添加可對納米晶鐵鋯合金產(chǎn)生強烈的穩(wěn)定化效應(yīng);所制備的納米晶鐵鋯合金為單相鐵素體,隨鋯含量的增大,合金的晶粒尺寸不斷降低;當(dāng)退火溫度低于600℃時,合金仍為單相鐵素體,當(dāng)退火溫度超過600℃時,第二相Fe_3Zr開始析出,且隨退火溫度的升高該相的析出量不斷增大;隨退火溫度的增大,納米晶的晶粒尺寸不斷增大,但晶粒的粗化程度遠(yuǎn)低于納米晶純鐵,Fe-5 at.%Zr合金晶粒尺寸在900℃退火1 h后仍可保持在100 nm的量級。(2)定量分析表明,當(dāng)鋯元素在納米晶組織中的分配達(dá)到平衡時,體系出現(xiàn)熱力學(xué)的亞穩(wěn)平衡態(tài),晶界能降低至零,亞穩(wěn)平衡晶粒度隨溶質(zhì)含量的增大而降低。當(dāng)合金的鋯含量高于7 at.%Zr時,制備態(tài)合金的鋯元素在納米組織中的分配已達(dá)到平衡,納米晶的穩(wěn)定性完全由晶界能降低的熱力學(xué)穩(wěn)定化效應(yīng)控制;當(dāng)合金的鋯含量低于7 at.%Zr時,制備態(tài)合金的鋯元素在納米組織的分配未達(dá)到平衡,納米晶的穩(wěn)定性受到熱力學(xué)的晶界能降低和動力學(xué)的溶質(zhì)拖拽效應(yīng)的共同控制。(3)退火納米晶鐵鋯合金的熱穩(wěn)定性受到復(fù)雜的穩(wěn)定化機制的控制,在不同的溫度區(qū)間內(nèi)受到不同的穩(wěn)定化機制的主導(dǎo)。在Fe_3Zr相析出前的溫度區(qū)間內(nèi),納米晶的熱穩(wěn)定性受鋯元素在晶界處偏聚所導(dǎo)致的晶界能降低和所產(chǎn)生的溶質(zhì)拖拽力的共同控制;而在Fe_3Zr相析出后的溫度區(qū)間內(nèi),由于Zr元素在晶界處的濃度大幅下降,上述熱力學(xué)及動力學(xué)穩(wěn)定化效應(yīng)顯著弱化,Fe_3Zr相顆粒對晶界的Zener釘扎效應(yīng)則成為納米晶的熱穩(wěn)定性的控制機制。
【關(guān)鍵詞】：鐵鋯合金 納米晶材料 熱穩(wěn)定性 Zener釘扎 溶質(zhì)-晶界交互作用
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.414
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 主要新見解與貢獻(xiàn)6-9
• 第1章 緒論9-29
• 1.1 納米晶合金概述9
• 1.2 納米晶合金的特點9-16
• 1.2.1 微觀組織特征及表征9-14
• 1.2.2 宏觀特性14-16
• 1.3 納米晶合金的制備16-18
• 1.3.1 非晶晶化法17
• 1.3.2 機械合金化17-18
• 1.4 制約金屬納米晶材料應(yīng)用的瓶頸18-20
• 1.5 納米晶合金熱穩(wěn)定性優(yōu)化的原理20-25
• 1.6 鐵基納米晶合金熱穩(wěn)定性優(yōu)化的研究現(xiàn)狀25-26
• 1.7 有待解決的問題及研究內(nèi)容26-29
• 1.7.1 有待解決的問題26-27
• 1.7.2 研究內(nèi)容27-29
• 第2章 研究思路和實驗方法29-39
• 2.1 球磨制樣與退火處理29-31
• 2.1.1 納米晶鐵鋯合金的制備29-30
• 2.1.2 退火實驗30-31
• 2.2 XRD~2測試31-35
• 2.2.1 測試原理31-35
• 2.2.2 測試步驟35
• 2.3 TEM實驗35-36
• 2.4 研究方案與技術(shù)路線36-39
• 第3章 納米晶鐵鋯合金微觀組織表征39-63
• 3.1 球磨態(tài)納米晶鐵鋯合金微觀組織表征39-48
• 3.1.1 晶粒尺寸的表征39-44
• 3.1.2 相組成及表征44-48
• 3.2 退火態(tài)納米晶鐵鋯合金微觀組織表征48-61
• 3.2.1 晶粒尺寸的表征48-53
• 3.2.2 相組成及表征53-61
• 3.3 本章小結(jié)61-63
• 第4章 納米晶鐵鋯合金晶粒長大行為及穩(wěn)定化機制63-75
• 4.1 鋯含量對制備態(tài)納米晶合金晶粒尺寸的影響63-65
• 4.2 退火過程中納米晶鐵鋯合金的晶粒長大行為65-73
• 4.2.1 第二相析出前的晶粒長大行為65-69
• 4.2.2 第二相析出后的晶粒長大行為69-73
• 4.3 鋯元素添加對納米晶鐵鋯合金納米組織的穩(wěn)定化機制73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81-83
• 致謝83-84

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