TiZrNiCuBe块体非晶合金的蠕变行为

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块体非晶合金作为新材料具有优异的力学性能。本论文的实验研究对象是铸态、退火态以及不同晶化分数的Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金,探究了铸态非晶合金的拉伸蠕变行为及其机理,并研究了不同退火态和晶化态的Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金的纳米压痕蠕变行为,对Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金的压痕蠕变行为机理进行了探讨。借助透射电子显微镜(TEM)对拉伸蠕变测试后Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金样品的变形区和夹持区进行了观察。发现随外加应力增加和外加温度的升高,非晶合金样品的夹持区保持了较好的非晶态状态,变形区晶化程度则不断增加,变形区析出纳米晶。观察了退火态非晶合金样品,发现其微观结构有序度随退火温度的增加而增加,局部出现尺寸为510nm的纳米晶。观察了晶化态非晶合金样品,发现样品析出纳米晶的尺寸随晶化程度的增加而增加。结合拉伸蠕变曲线、X射线衍射(XRD)分析曲线综合讨论了非晶合金的拉伸蠕变行为。拉伸结果表明Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金主要方式为脆断。蠕变过程主要受到局部非均匀剪切应力的作用。拉伸过程中外加载荷对非晶合金原子有序度的影响明显。对拉伸断口的形貌进行了扫描电子显微镜(SEM)分析,断口展现出明显的非晶脆断形貌(河流花样),随外加应力和温度的增加,断口河流花样的数量和密度也随之增加。外加条件为670K、200MPa时断口出现“熔滴”的情况。借助差示扫描量热法(DSC)对拉伸蠕变样品断口区和夹持区进行相关分析,确定了不同应力和温度条件下断口区和夹持区的晶化程度。结果认为随外加应力和温度的增加材料的晶化程度随之增加,当外加条件为670K、200MPa时材料断口区晶化程度最为严重。结合纳米压痕蠕变曲线、XRD曲线、DSC曲线、TEM观察综合分析了退火态非晶合金的纳米压痕蠕变行为。随退火温度的增加,Ti40Zr25Ni3Cu12Be20非晶合金样品的有序度随之增加,且抗蠕变性能增加,而铸态非晶合金展现出最差的抗蠕变性能,320℃退火一小时抗蠕变性能为研究样品中最好。XRD结果显示样品保持良好的非晶态,TEM显示样品随退火温度的增加未发生晶化现象,原子有序度随之增加。另外,随外加载荷的增加,样品的抗蠕变性能随之发生变化,纳米压痕金刚石压头压入样品表面的深度随外加载荷的增加而增加,保载300s时间内蠕变位移量随载荷增加而增加,稳态蠕变阶段非晶合金的稳态蠕变速率随外加载荷的增加而增加。系统开展了晶化态非晶合金的纳米压痕蠕变行为。XRD曲线显示经过不同程度晶化处理后,样品发生了不同程度的晶化,DSC曲线得到了其精确的晶化分数。TEM图和电子衍射图结果显示材料在晶化处理后出现大量的纳米晶粒。纳米压痕蠕变曲线结果显示,在同载荷条件下,随晶化程度的增加材料的抗蠕变性能增强。在晶化程度相同时,样品对外加载荷依赖性强,随外加载荷的增加,压头压入表面的深度增加,蠕变稳态阶段的蠕变位移量增加,稳态蠕变速率增加。
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