鑄態(tài)內生塑性晶體相-大塊金屬玻璃復合材料研究.pdf

1、本論文研究了Zr基鑄態(tài)內生塑性晶體相/大塊金屬玻璃（BMG）復合材料的制備、組織與性能，并就樹枝晶的球化機理、β相樹枝晶球化處理工藝、球晶/BMG復合材料制備、形變過程中球晶與剪切帶之間的相互作用形式，以及塑性球晶/BMG復合材料變形過程中的多剪切帶形成機制等問題展開了系統(tǒng)研究。主要工作包括以下幾個方面：（1）分別采用熔體水淬和低壓鑄造/水冷銅模急冷成形的方法制備了Zr<,56.2>Ti<,13.8>Nb<,5.0>Cu<,6.9>Ni

2、<,5.6>Be<,12.5>鑄態(tài)內生β-Zr（Ti，Nb）枝晶/BMG復合材料w和M。W中的β相呈發(fā)達的樹枝狀，體積分數約為30％；M中的β相為細小的等軸晶，體積分數約為20％。室溫單軸壓縮時，W的屈服強度約為1200 Mpa，斷裂塑性應變?yōu)?0.2％；而M的屈服強度達到了1450 Mpa，但其斷裂塑性應變僅為7％。W和M中的β相的形貌、尺寸與體積分數的差異原因在于制備冷卻速率不同；不同的微觀組織特性又使得它們具有不同的力學性能。相對

3、多而粗大的β相有利于復合材料室溫塑性應變的提高，但隨著β相體積分數增加，材料的屈服強度呈現下降趨勢。（2）鑒于內生晶體相形貌對復合材料性能影響顯著，設計了內生塑性球晶/BMG復合材料的組織結構和制備方法，并成功制備了Zr<,56.2>Ti<,13.8>Nb<,5.0>Cu<,6.9>Ni<,5.6>Be<,12.5>鑄態(tài)內生β相球晶/BMG復合材料S1，球晶相的平均直徑和體積分數分別約為18 pm和30％。室溫壓縮時，S1的屈服強度和斷

4、裂塑性應變分別達到1325 Mpa和12.0％，極限斷裂強度達到了1800 Mpa。與化學成分相同并含有相同體積分數β相枝晶/BMG復合材料W相比，S1的屈服強度和斷裂塑性應變分別提高了13％和20％，（3）將增加晶體相的體積分數與改變晶體相的形態(tài)至團球狀同時應用于鑄態(tài)內生塑性晶體相/BMG復合材料的制備過程，并采用熔體水淬法制備了Zr<,60>Ti<,14.67>Nb<,5.33>Cu<,5.56>Ni<,4.44>Be<,10>近球

5、狀β相/BMG新型復合材料S2。近球狀β相的平均尺寸和體積分數分別約為20 μm和55％；室溫單軸壓縮時，S2的極限斷裂強度和斷裂塑性應變分別達到了1890 Mpa和20.1％?？茖W的成分設計和β相球化處理工藝的實施，是S2開發(fā)過程中的兩個重要環(huán)節(jié)；高體積分數的β相和其所具有的近球狀形貌，是導致S2大的塑性應變的兩個主要原因。（4）β相的球化轉變是一個自發(fā)的熱力學過程，但這一過程受原子擴散的動力學條件控制，其實現以工藝方法滿足于動力學條

6、件為前提，機制可以膠態(tài)平衡理論為基礎進行闡釋。（5）在S1壓縮試樣表面的球晶相中觀察到了大量的滑移帶，這是塑性晶體相通過位錯滑移發(fā)生塑性變形的直接證據。這些滑移帶沒有明顯的方向性，并且能夠直接貫穿球晶/基體界面向玻璃基體中延伸，從而形成具有不同方向的多重剪切帶。擴展中的剪切帶遭遇到球晶相時，被球晶相所停止，造成大量的“胡須”狀多重剪切帶在球晶/基體之間的界面上堆積和新的剪切帶在球晶相周圍的玻璃基體中形成。然而，在經歷了同樣塑性應變的W壓