Nb含量对Zr基非晶合金热稳定性和弯曲塑性的影响

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非晶态合金由于其优异的机械,物理和化学性质而具有广泛的应用。然而,由于它是热力学亚稳态的,它在室温下变形时不稳定并且几乎没有宏观可塑性,从而限制了它在各个方面的应用,因此必须设法提高其热稳定性和室温塑性。本文以Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金作为研究对象,研究不同含量Nb的添加对其热稳定性和弯曲塑性的影响规律。在本文中利用铜模吸铸法制备(Zr55Al10Ni5Cu30)100-xNbx(x=0,1,3,5,7)合金的厚度为1mm的片状试样,采用XRD对其进行结构表征,利用差示扫描量热(DSC)仪进行合金在不同加热速率的连续升温实验以及不同温度下的等温实验;然后进行三点弯曲实验,并用扫描电镜观察断口。通过对相关实验结果进行分析讨论,我们得到以下结论:(Zr55Al10Ni5Cu30)100-xNbx(x=0,1,3,5,7)大块非晶合金在连续的加热条件下,随着升温速率的增加,其玻璃化转变温度Tg、晶化开始温度Tx、晶化峰值温度Tp都向高温区域移动,且过冷液相区间增大,非晶合金样品的玻璃化转变和晶化过程都具有动力学特征。适量Nb的添加可以提高非晶合金玻璃化转变激活能,当Nb元素的含量x=5时,合金有着最大的玻璃化转变激活能Eg=344.9 k J?mol-1,其有着最好的热稳定性和非晶形成能力。(Zr55Al10Ni5Cu30)100-xNbx(x=0,1,3,5,7)合金试样的等温晶化过程均为形核率随时间增加的扩散控制的三维长大过程,Nb元素的添加并没有对Zr55Al10Ni5Cu30合金晶化相的形核和长大机制产生影响。适量的Nb元素的添加可以增加了Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金的孕育时间和晶化峰宽度,降低反应速率常数k和Avrami指数n,提高非晶合金的热稳定性,抑制晶化形核。当Nb元素的含量达到x=5时,合金有着最长的晶化孕育时间、最宽的晶化峰以及最低的反应速率常数k和Avrami指数n,表明其拥有着最好的热稳定性。由三点弯曲实验可以知道,随着添加的Nb含量的增加,Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金的最大弯曲应力逐渐增加,即弯曲强度随之增大,同时其弯曲塑性也随之增强。当Nb元素的含量达到x=7时,合金有着346.07 N的最大弯曲应力和3893.26 Mpa的最大弯曲强度;同时合金的塑性变形位移在达到3.70 mm时都没有发生断裂,有着最好的弯曲塑性。
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