Zr基塊體非晶合金在塑性變形過程中的結(jié)構(gòu)和性能變化.pdf

1、非晶合金長程無序、短程有序的結(jié)構(gòu)特點使之具有許多獨特的力學(xué)和物理化學(xué)性能,成為極具應(yīng)用價值的一類金屬材料。但由于處于結(jié)構(gòu)上的亞穩(wěn)態(tài),非晶合金在熱和力的作用下均可能發(fā)生結(jié)構(gòu)變化,認(rèn)識其變化規(guī)律對于正確使用非晶合金乃至對其進行深加工具有重要意義。
　　 本文利用X射線衍射儀(XRD),差示掃描量熱儀(DSC)、高分辨透射電鏡(HRTEM)和維氏硬度計詳細(xì)研究了多種Zr基塊體非晶合金在室溫軋制變形后的結(jié)構(gòu)和性能變化。結(jié)合預(yù)退火實驗探討

2、了非晶合金熱穩(wěn)定性與機械穩(wěn)定性的關(guān)系。獲得了以下研究成果:
　　 在5.0x10-2s-1的應(yīng)變速率下,Zr60Cu30Al10塊體非晶在軋制到最大應(yīng)變量96％時,仍然沒有發(fā)生相分離和納米晶化。但由徑向分布函數(shù)RDF和雙體分布函數(shù)g(r)計算得到的配位數(shù)(N)、第一近臨半徑(r1)和相關(guān)半徑(rc)等說明,軋制變形使短程有序和中程有序發(fā)生了變化,從而加速隨后退火過程中的晶化過程。
　　 向上述合金中添加Pd,形成Zr60

3、Cu20Al10Pd10塊體非晶合金,合金的穩(wěn)定性降低。在應(yīng)變速率為5.0x10-2s-1時,該合金在軋制到最大應(yīng)變量96％時發(fā)生納米晶化,這樣形成的納米晶與退火過程產(chǎn)生的納米晶結(jié)構(gòu)相同,均為Zr2(Cu,Pd)相。伴隨納米晶的析出,非晶合金的硬度升高。
　　 在Zr60Cu30Al10三元合金基礎(chǔ)上同時加入Ni和Ti形成Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金,該合金在室溫下以應(yīng)變速率5.0x10-2s-1進

4、行軋制變形時,不發(fā)生相變,僅是由于剪切帶引入導(dǎo)致材料軟化。但當(dāng)應(yīng)變速率提高到5.0 s-1時,剪切帶內(nèi)部與其周圍區(qū)域因承受大變形而發(fā)生納米晶化和相分離。但相變強化作用仍然不能彌補剪切帶增多引起的變形軟化,因此隨著軋制變形的進行,該合金的硬度仍為持續(xù)降低。
　　 Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5合金在680 K退火0.5 h,發(fā)生相分離；退火時間延長到1.5 h時,進一步發(fā)生納米晶化,析出fcc結(jié)構(gòu)的Zr-Cu亞

5、穩(wěn)相。兩種退火試樣在軋制變形過程中都發(fā)生納米晶化,但對退火1.5 h的試樣而言,軋制后晶化體積分?jǐn)?shù)增加的同時,Zr-Cu相消失。這說明軋制變形使得已有亞穩(wěn)相向更加穩(wěn)定的晶態(tài)相轉(zhuǎn)變。在應(yīng)變速率5.0x10-2s-1下,退火0.5 h和1.5 h的試樣軋制到最大應(yīng)變量96％仍不斷裂,說明相分離和一定程度的納米晶化不降低材料的延展性。但是當(dāng)退火時間延長到3 h時,試樣呈現(xiàn)出較大的脆性,在軋制到10％的應(yīng)變量時即發(fā)生斷裂。通過對不同時間退火后的

6、試樣進行變形,發(fā)現(xiàn)納米晶體積分?jǐn)?shù)達到36％的試樣在變形時發(fā)生斷裂,表明使該非晶合金在軋制變形時,延展性急驟下降的納米晶臨界體積分?jǐn)?shù)約為36％。
　　 Zrs2.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5試樣完全晶化退火后,析出相為Zr2Ni、Zr2Cu、ZrCu和ZrAl。通過Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程研究2個晶化峰的Avrami指數(shù)發(fā)現(xiàn):第一個晶化過程形成納米晶,伴隨著形核率的不斷增大；第二個晶化過程是