冷熱處理對CuZrAgAl大塊非晶組織及其性能影響.pdf

1、金屬玻璃由于其獨特的無序結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)良的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，因而有廣闊的應(yīng)用前景，引起了大量的科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員的極大關(guān)注。就目前發(fā)現(xiàn)，Cu基非晶具有高強度和良好的耐腐蝕性能，是很有前景的結(jié)構(gòu)材料，因而人們對Cu基非晶投入了大量的工作。但是由于在宏觀變形過程中，常常表現(xiàn)為脆性斷裂，這在很大程度上限制了塊體非晶合金的應(yīng)用。因此，采用冷熱處理方法在非晶基體中引起第二相，形成非晶合金復(fù)合材料，以此來提高合金變形能力的研究受到了很大

2、重視。至今，所報道的處理工藝主要為退火處理，對于深冷處理，一般主要應(yīng)用于晶態(tài)合金中，在非晶領(lǐng)域報道較少。本文對Cu45Zr45Ag7Al3大塊非晶合金進行退火和深冷處理，并研究了其處理后的力學(xué)性能，特別是對深冷后的疲勞性能進行了深入的研究。
　　(1)利用銅模鑄造法制備出了Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金。利用DSC分析了Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金等溫和非等溫情況下的晶化動力學(xué)。利用Kissiger方程計算了Cu45

3、Zr45Ag7Al3非晶合金樣品在非等溫條件下的晶化激活能Eg、Ex和Ep分別為376.8kJ/mol(±12kJ/mol),307.2kJ/mol(±9kJ/mol),339.5kJ/mol(±10kJ/mol)。然而在等溫條件下晶化的平均激活能為413.7kJ/mol，比非等溫條件下要大很多。等溫條件下的局部Avrami指數(shù)為1.82-3.51，等溫晶化過程為擴散控制的三維長大過程。741K、746K、751K等溫退火30min后試

4、樣顯示了同鑄態(tài)非晶相似的半月形脈狀紋絡(luò)和熔滴密度。756K等溫退火后試樣斷裂分三個類型，少量半月形脈狀紋路的同時也有魚鱗形的脈狀紋路出現(xiàn)，剪切區(qū)表面有低密度脈狀紋絡(luò)同時存在裂紋，類似晶態(tài)材料準解理斷裂形貌;鋸齒形貌，體現(xiàn)典型脆性斷裂特征。741K溫度下等溫退火后，僅僅得到少量的晶態(tài)相，大部分還是非晶形態(tài);746K下，有少量的晶化相析出，經(jīng)檢測為Cu10Zr7相;751K溫度下產(chǎn)生了AlCu2Zr和Cu10Zr7相;756K等溫退火后主要

5、晶化相AlCu2Zr、Cu10Zr7和Cu8Zr3相。
　　(2)Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金隨著深冷時間的延長熱穩(wěn)定性不斷降低，塑性逐漸增加當(dāng)深冷192小時后，獲得最大的塑性變形達到0.50％，當(dāng)深冷240小時后，合金的塑性下降，幾乎沒有塑性變形，材料的抗壓強度和硬度呈持續(xù)增加的變化趨勢，在深冷192小時后達到最大值，而抗拉強度卻隨著深冷時間的延長持續(xù)降低。這是由于在深冷過程中，壓力降低了臨界晶核的半徑而使得一些富集部分

6、變成了穩(wěn)定可以長大的晶粒，同時其壓力導(dǎo)致原子的“運輸”，致使非晶合金基體中發(fā)生了晶化轉(zhuǎn)變，由完全非晶轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠志ЩY(jié)構(gòu)，析出了AlCu2Zr和Cu5Zr兩種晶化相，其中Cu5Zr為增強相，AlCu2Zr為脆性相。
　　(3)四點彎曲疲勞試驗條件下，鑄態(tài)和經(jīng)過不同深冷時間處理后的Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金的四點彎曲疲勞疲勞極限為386MPa、487、355、313和224MPa，疲勞極限和斷裂強度的比值分別為0.26、0.

7、31、0.20、0.16和0.12。疲勞斷口主要分成四個區(qū)域:裂紋萌生區(qū)、裂紋擴展區(qū)、快速斷裂區(qū)和熔融區(qū)。但深冷24小時后其較鑄態(tài)合金，其裂紋擴展區(qū)面積明顯增大，沒有出現(xiàn)如同鑄態(tài)非晶合金類似的疲勞條帶，這主要是因為深冷后析出的納米晶體相的原因。同時，隨著深冷時間的延長，有利于提高非晶合金的門檻值，特別是長時間深冷對合金門檻值的增強效果最好。深冷24小時后裂紋擴展速率低于鑄態(tài)非晶和其他深冷時間后的速率。深冷192小時后Cu45Zr45Ag

8、7Al3非晶合金疲勞過程中，在裂紋擴展時，裂紋將沿著主剪切帶進行傳播隨著應(yīng)力導(dǎo)致的自由體積的增加。自由體積的密度將增加，而且剪切板阻礙剪切變形將減小。隨著變形的進一步進行，主剪切板擴展到AlCu2Zr和Cu5Zr和非晶基體之間，剪切板尖端可能會導(dǎo)致應(yīng)力致使Cu5Zr相轉(zhuǎn)變成B2結(jié)構(gòu)的CuZr相。
　　(4)單軸壓-壓加載下Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金的疲勞極限要比三點彎曲和四點彎曲加載下的疲勞極限要高;在高于疲勞極限應(yīng)力相

9、同載荷下，兩者的疲勞壽命也有所不同。三點彎曲疲勞斷裂表面形貌和四點彎曲疲勞類似，主要包括四個主要區(qū)域:疲勞裂紋萌生、裂紋擴展、快速斷裂和熔融區(qū)域，且存在著疲勞條帶，其疲勞機制為形成了剪切帶和自由體積的累積，導(dǎo)致產(chǎn)生了一些空隙，從而促使在該區(qū)域疲勞裂紋的萌生，同時由于鈍化和重新銳化現(xiàn)象將致使裂紋擴展。單軸壓-壓疲勞斷口表面和單軸壓縮試驗的斷口形貌類似，樣品呈一定傾斜角度斷裂，樣品表面不平整，表面存在著一些可見的裂紋，且無疲勞條帶，這是由于