论文部分内容阅读
块体非晶合金具有高强度和高硬度的特点,在室温下无论是采用机加工还是塑性加工成形都比较困难,这就限制了块体非晶合金作为新一代结构材料的应用。目前,其成形方法限于超塑性成形,对成形设备、工艺都要求较高,成形件的种类也受到限制。本文采用磁悬浮-铜模吸(吹)制法制备系列Zr基合金,采用X射线衍射仪、示差扫面热分析仪、扫描电镜、室温压缩等方法研究了化学成分、铸造温度、铜模冷却速率对块体非晶合金力学性能和非晶形成能力的影响。通过研究(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)100-xFex(X=0,1、5、10)系列合金的非晶形成能力和力学性能。结果表明,当Fe的添加量X=1时,试样在室温压缩变形时首先发生线性弹性应变,到达极限后,材料发生塑性变形,其塑性应变达到5.9%,断裂强度达到1.89GPa,当X=0,5,10,试样在室温压缩变形时主要发生线弹性应变,到达极限后,材料很快断裂,其断裂强度分别达到1.75 GPa、1.38GPa、1.57GPa；另一方面,Fe的添加同时也对Zr55Al10Ni5Cu30的非晶形成能力产生影响,当Fe的添加量由X=0增加到1时,玻璃转变点Tg由673K上升到684K,晶化开始温度Tx由757K上升到761K,过冷液相区宽度ΔTx由84K减小到77K,当Fe添加量由X=1增加为5时,玻璃转变点Tg由684K上升到704K,晶化开始温度Tx由761K上升到767K,过冷液相区宽度ΔTx由77K减小到63K,说明添加Fe使Zr55Al10Ni5Cu30的稳定性及非晶形成能力降低。铸造温度对非晶合金的力学性能产生重要影响。通过铜模吸铸法在不同输入电压(7kv、8kv、9kv、l0kv)下制备Zr55Al10Ni5Cu30直径为φ3mm、4mm、6mm的阶梯型试样,对其进行室温压缩试验,直径为φ3mm的非晶合金其压缩断裂强度随输入电压(铸造温度)升高而升高,分别1.65GPa、1.74GPa、1.75GPa、1.91GPa,在输入电压为10kv时,塑性应变达到2%；对于直径φ4、6mm的压缩试样,断裂强度先随铸造电压(温度)升高而升高,随后降低,在9kv时达到最大。采用室温压缩和显微硬度分析方法分别研究了直径为φ3mm、4mm、6mm的阶梯形试样和楔形试样的力学性能,三种不同直径的非晶合金材料的断裂强度分别为1.91GPa、1.84 GPa、1.69 GPa,塑性应变分别为2%、0.15%、0。楔形试样的显微硬度分析显示,沿楔形试样纵向中心线,维氏硬度先是由642增加到最大值710,然后降低到570左右。研究表明,试样截面尺寸的不同影响了熔体冷却速率,进而对材料的微观结构产生了影响,最终对其力学性能产生影响。