合金化对锆基非晶合金非晶形成能力和力学性能的影响

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本文通过单辊熔体快淬法制备了Zr-Cu二元系列合金薄带,研究了Zr-Cu二元合金的非晶形成能力,然后参照Zr-Cu二元合金相图,选择锆含量较高的深共晶点,加入合金化元素Al、Ag,通过铜模吸铸法制备了直径为3mm的(Zr0.72Cu0.28)100-x(Al0.5Ag0.5)x(x=0、2、4、6、8、10)合金棒状试样和直径为2mm、3mm、4mm、6mm的(Zr0.72Cu0.276Ag0.004)88Al12非晶合金试样,研究了合金化元素Al、Ag的共同添加对非晶复合材料组织和力学性能的影响,并研究了冷却速率对(Zr0.72Cu0.276Ag0.004)88Al12合金组织和力学性能的影响。得到如下结论:  (1)通过单辊熔体快淬法制备出Zr-Cu二元合金系列薄带,研究了合金成分对Zr-Cu二元合金非晶形成能力的影响。结论如下:形成Zr-Cu二元非晶的成分介于36-72.4at.%之间;当Zr含量在36-50at.%时,随着Zr含量的增加,过冷液相区宽度ΔTx(ΔTx=Tx-Tg)先减小后增大;Zr含量大于50at.%时,随着Zr含量的增加ΔTx逐渐减小;Zr含量等于50at.%时,ΔTx达到最大值54K,约化玻璃转变温度Trg(Trg=Tg/Tl)达到最大值0.5669,约化玻璃转变温度与过冷液相区宽度ΔTx的趋势相同,即在Zr含量介于36-50at.%时,Zr-Cu二元合金的非晶形成能力随着Zr含量的增加先减小后增大;Zr含量大于50at.%时,随着Zr含量的增加,其非晶形成能力减小,Zr含量为50at.%时,非晶形成能力最强。  (2)研究了合金化元素 Al、Ag的共同添加对(Zr0.72Cu0.28)100-x(Al0.5Ag0.5)x(x=0、2、4、6、8、10)系合金的非晶形成能力、组织和力学性能的影响。结论如下:随着Al、Ag元素含量的共同添加,合金的非晶形成能力先增大后减小再增大,然后一直减小;合金的室温压缩强度随着Al和Ag的少量增加,合金的抗压强度降低,随着 Al和Ag的进一步增大,试样的强度陡增,而后一直降低。x=4,6,8的试样在压缩过程中发生了塑性变形,塑性变形量分别为0.52%,1.39%,0.23%,x=6时的塑性变形量最大;屈服强度分别为1160,953,921MPa,呈逐渐下降的趋势。  (3)研究了冷却速率对(Zr0.72Cu0.276Ag0.004)88Al12合金组织和力学性能的影响。结论如下:不同冷却速率下的(Zr0.72Cu0.276Ag0.004)88Al12合金棒状试样皆为全非晶结构,但各成分合金的漫散射峰的宽度和强度有略微的差别,说明不同冷却速率条件下的非晶合金的微观结构有所不同,合金内部原子可能存在着不同的近程有序结构;随着冷却速率的降低,合金的抗压强度基本维持在1600Mpa左右,合金的塑性随着尺寸的增加逐渐降低,其中2mm试样的工程塑性应变εp可达到182%,真应变达82.19%以上;3mm的试样也表现出13.22%的大塑性;4mm和6mm的试样塑性分别为3.26%、1.50%,除了塑性应变有差别之外,4mm和6mm试样的其他性能相差不大。  (4)对不同冷却速率条件下的(Zr0.72Cu0.276Ag0.004)88Al12合金棒状试样断口形貌分析可知,剪切带分布越均匀,间距越小,相互交错作用越大,其断裂塑性和抗压强度就越大;在腐蚀后的2mm和3mm样品中发现了尺寸大小不同的由硬区和软区组成的网状结构,网状结构的尺寸越小,软区的体积分数越大,则塑性就越好,因为变形时剪切变形区首先出现在软区,在加载时发展成剪切带,与此同时,数不清的剪切带核心同时在软区形成,剪切带在增殖过程中会被硬区阻碍,这种阻碍改变了剪切带增殖的方向,使主剪切带成倍增殖,导致剪切带呈波浪状和翼状,这些不断增殖的剪切带维持了不断增长的塑性变形。
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