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本论文以具有强非晶形成能力和高强度的铁基大块非晶合金为研究对象,采用工业纯原料和真空吸铸式磁控钨极电弧炉制备出Fe41Co7Cr15Mo14Y2C15B6大块非晶合金。利用差示扫描量热仪(DSC)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等主要研究手段,对其变温晶化动力学、晶化行为、力学性能以及预处理对该大块非晶合金晶化行为和力学性能的影响进行了系统的研究。
该块体非晶合金在连续加热DSC曲线上有两个晶化峰,说明晶化是两步晶化过程。表征非晶合金热稳定性的特征温度如玻璃转变温度(Tg)、晶化起始温度(Tx)和晶化峰值温度(Tp1、Tp2)具有明显的动力学效应,即这些特征参量在连续加热过程中与加热速率有一定的依赖关系,这种关系可以近似地用一次指数衰减公式进行拟合。利用Kissinger法和Ozawa法分别计算了该Fe基块体非晶合金在变温过程中特征温度Tg、Tx、Tp1、Tp2对应的激活能Eg、Ex、Ep1、Ep2,结果表明两种方法计算的结果变化趋势具有一致性,用Kissinger方法计算出的激活能值比Ozawa 法计算出的激活能值稍稍偏大,同时该块体非晶合金具有较高的热稳定性。
退火温度是影响非晶合金晶化行为、组织和性能的重要参数,本文研究了弛豫和预退火等预处理对大块非晶合金晶化行为的影响。结果表明,随着预退火温度的升高由于非晶样品内部产生了预存晶核,在随后的加热过程中诱发其形核,使该块体非晶合金的热稳定性下降;然而,因为在475 oC退火15min后的样品中Fe23B6和Cr23C6晶相已大部分形核,在570 oC退火15min后的样品中除了剩余小部分Fe23B6和Cr23C6非晶相的形核,还有新相Fe3B和a-Fe重新开始析出,导致在570 oC退火15min后样品的热稳定性又有所回升。
通过硬度、弯曲和压缩等力学性能测试,得知该块体非晶合金的显微硬度为1153 Kg/mm2,断裂韧度为6.1404 Mpa·m1/2,抗弯强度为426.55 Mpa,抗压强度为2573.4 Mpa。该块体非晶合金的抗压强度σbc随退火温度升高先升高然后又降低,压缩断口形貌中的剪切带随退火温度的升高数量减少且尺寸增加,并且出现了“针状”晶相物质,表明该块体非晶合金已逐渐晶化。通过断口形貌分析,可以看出该块体非晶合金的弯曲断裂方式为脆性断裂,并且具有微观的韧性机制。铸态和预退火后样品的压缩断裂方式为脆性断裂。