Ni-Fe-Cr-Nb基非晶復(fù)合材料的組織和性能研究.pdf

1、非晶合金與傳統(tǒng)晶態(tài)材料相比，在多項(xiàng)使用性能方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì):室溫下表現(xiàn)出高的強(qiáng)度、硬度，優(yōu)異的彈性性能、良好的抗腐蝕能力以及耐磨性能等，但非晶合金的脆性卻極大地阻礙了其作為高性能結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用前景。非晶復(fù)合材料為兩相或多相組織，由于第二相的阻礙作用，避免了純非晶單個(gè)剪切帶快速形核、擴(kuò)展，使非晶復(fù)合材料在室溫下表現(xiàn)出一定的塑性。本文以Ni-Fe-Cr-Nb合金為研究對(duì)象，在氬氣保護(hù)下采用手工電弧爐熔煉、水冷銅模冷卻，利用原位合成非晶

2、復(fù)合材料的原理制備了非晶/納米晶復(fù)合材料。采用金相顯微鏡、X射線衍射分析儀、掃描電鏡、透射電鏡、能譜儀和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備研究測(cè)試了合金鑄態(tài)、1100℃×2h，空冷均勻化處理態(tài)、955℃×1h，空冷固溶處理態(tài)、720℃×8h，以50℃·h-1的冷卻速度降溫至620℃×8h，空冷時(shí)效處理態(tài)四種狀態(tài)的組織和力學(xué)性能，得出以下主要結(jié)論:
　　(1)Ni-Fe-Cr-Nb合金體系具有一定的非晶形成能力，采用手工電弧爐熔煉水冷銅模冷卻可獲得非

3、晶/納米晶復(fù)合材料。合金鑄態(tài)組織為樹枝晶，成分偏析嚴(yán)重，晶內(nèi)析出相非常細(xì)小，平均晶粒尺寸為17.70 nm。鑄態(tài)合金的洛氏硬度為HRB94.32，壓縮屈服極限和拉伸屈服極限分別為515.44 Mpa和338.77 Mpa;延伸率數(shù)值為11.32％。
　　(2)均勻化熱處理后，合金組織成分均勻，鑄態(tài)樹枝晶偏析消失，偏析程度得到明顯改善。均勻化處理態(tài)合金平均晶粒尺寸為27.76 nm，較鑄態(tài)而言晶粒尺寸明顯變大，洛氏硬度下降至HRB8

4、0.98，壓縮屈服極限減小到189.78 Mpa;合金的延伸率和斷裂應(yīng)變出現(xiàn)了增加，數(shù)值分別為48.29％和62.99％。
　　(3)固溶處理后，合金組織和成分更加均勻，晶內(nèi)析出相尺寸變得細(xì)小，平均晶粒尺寸為19.70nm，合金中出現(xiàn)了對(duì)合金性能不利的顆粒狀和魏氏體狀的σ相。其中合金洛氏硬度為HRB79.24、壓縮狀態(tài)下比例極限和屈服強(qiáng)度分別為80.01Mpa、138.96 Mpa，與均勻化處理態(tài)相比，均有所降低。
　　(4

5、)時(shí)效處理后，晶內(nèi)主要強(qiáng)化析出相Ni3Nb數(shù)量增多，形貌特征明顯，平均晶粒尺寸為21.5 nm。拉伸過程中由于強(qiáng)化析出相阻礙了位向不同晶粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，合金第二相強(qiáng)化作用顯著，表現(xiàn)出了較高的強(qiáng)度和硬度。合金的洛氏硬度數(shù)值為HRB115.38，其中拉伸所得合金的比例極限、強(qiáng)度極限、拉伸強(qiáng)度、彈性模量分別為212.24 Mpa、1034.93 Mpa、871 Mpa、121.74Mpa。
　　(5)室溫壓縮和拉伸實(shí)驗(yàn)表明: Ni-Fe