Ti基非晶復(fù)合材料相變誘導(dǎo)塑性的研究.pdf

1、塊體非晶合金具有許多優(yōu)異的性能受到人們的廣泛關(guān)注，但由于其在變形過程中不會生成位錯等缺陷，容易生成高度局域化的剪切帶，造成非晶合金的室溫脆性和加工軟化。為了改善其室溫性能，將非晶合金制備成非晶復(fù)合材料是重要的手段之一，尤其是以相變誘導(dǎo)塑性的非晶復(fù)合材料效果最佳。目前，利用相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)的非晶復(fù)合材料主要局限于CuZr基和含Be的合金體系中，急需將其擴(kuò)展應(yīng)用到其他合金體系。本文擬以TiCu和TiNi基合金體系為研究對象，通過微合金化方法

2、和快凝固技術(shù)來制備新型的相變誘導(dǎo)塑性的非晶復(fù)合材料。
　　首先，選用Ti45.5Cu37.5Ni7.5Zr2.5Hf3Si1Sn3、Ti46.5Cu37.5Ni7.5Zr2.5Si1Sn5、Ti43.5Cu37.5Ni7.5Zr2.5Hf3Si1Sn5和Ti42.5Cu37.5Ni7.5Zr2.5Hf5Sn5合金成分，通過真空電弧吸鑄設(shè)備，制備出2mm的棒材。實驗結(jié)果顯示，其微觀組織結(jié)構(gòu)包括B2(Ti，Zr)(Cu，Ni)晶體相、

3、非晶相以及分布在其界面處的Ti2Cu金屬間化合物。此類TiCu基非晶復(fù)合材料在變形過程中會產(chǎn)生相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)，即B2(Ti，Zr)(Cu，Ni)晶體相會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，并且在晶體和非晶的界面處誘發(fā)多重剪切帶的生成，從而誘發(fā)一定的室溫塑性和加工硬化效應(yīng)。盡管實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)B2晶體相的含量高于50％時樣品具有較好的力學(xué)性能，但是與CuZr基非晶復(fù)合材料相比其塑性相對較差。通過納米壓痕和TEM實驗，其塑性較差的主要原因是B2(Ti，Zr)(Cu

4、，Ni)晶體相的楊氏模量與非晶基體之間的差異較大，并且在B2晶界處會析出Ti2Cu金屬間化合物，進(jìn)一步加劇了剪切帶的不穩(wěn)定性，這也說明了Cu含量過高對Ti基非晶復(fù)合材料的塑性有著比較負(fù)面的影響。
　　其次，為了進(jìn)一步開發(fā)新的Ti基非晶復(fù)合材料，其Cu的含量需要進(jìn)一步降低。因此，在TiCu基非晶復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，通過降低Cu的含量，增加Ni的含量，逐步制備出高強(qiáng)高韌TiNi基非晶復(fù)合材料。針對此類非晶復(fù)合材料，分別研究了TiNi基合

5、金中B2TiNi晶體相的馬氏體轉(zhuǎn)變和力學(xué)行為、TiNi基合金的非晶形成能力和力學(xué)性能:
　　(1)快速凝固下制備的Ti50-x/2Ni50-x/2Hfx（x=0、2、4、6、8、10或12at.％）鑄態(tài)棒料主要是由B2(Ti，Hf)Ni相和B19’(Ti，Hf)Ni相以及在枝晶間區(qū)域析出的(Ti，Hf)2Ni金屬間化合物組成的，其馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)溫度隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)降低的趨勢。對于Ti50-y/2Ni50-y/2Si

6、y（y=1、2、3、5、7或10at.％）合金來說，其微觀結(jié)構(gòu)主要包括B2TiNi奧氏體相、B19'TiNi馬氏體相和Ti4Ni4Si7金屬間化合物。隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，其Ms溫度在Si含量較低時會略有降低，而當(dāng)Si含量高于3at.％，其Ms溫度則幾乎保持不變。鑄態(tài)棒料在變形過程中，會發(fā)生明顯的馬氏體轉(zhuǎn)變過程和去孿晶化過程，顯著地提高了合金的塑性和強(qiáng)度。整體上看，隨著Hf或Si含量的增加，合金的屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)上升的趨勢。但是，由于樣品不

7、含有任何非晶相，其屈服強(qiáng)度相對較低。
　　(2)通過TiNi系三元合金條帶的研究，發(fā)現(xiàn)Ti50-x/2Ni50-x/2Hfx(x=2、4、6、8、10和12at.％),Ti50-y/2Ni50-y/2Siy(y=1、2、3、5、7和10at.％)和Ti50-z/2Ni50-z/2Zrz（z=1、5、6、8和10at.％）三種體系的條帶成形能力較佳，并且其非晶形成能力均是隨著第三元素含量的增加而提高，并且其條帶中析出的晶體相主要是B

8、2TiNi相。在條帶的研究基礎(chǔ)上，成功在Ti46.5Ni46.5Hf2Si5合金成分中制備出了TiNi基塊體非晶復(fù)合材料。之后又在其中加入微量的Nb、Al、Sn元素，進(jìn)一步提高了合金中的非晶含量。盡管調(diào)整成分后的合金中非晶相含量仍是較少但其能顯著提高合金的屈服強(qiáng)度，并保留較好的塑性，合金表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。其中((Ti46.5Ni46.5Hf2Si5)98Nb2)98Al1Sn1的屈服強(qiáng)度達(dá)到1099±20MPa，斷裂強(qiáng)度2519