Nb添加对CuZrAl合金微观组织及力学性能的影响

发布时间：2019-01-07 18:50

【摘要】：本文系统研究了成分为Cu48Zr48-xAl4Nbx(0≤x≤2.0)和Cu46.5Zr46.5Al7-xNbx(0≤x≤2.0)的阶梯型合金试样的微观组织和力学性能,探讨了两种CuZrAlNb合金系的微观形貌与力学性能之间的联系。对于同一直径不同成分的合金试样,与不含Nb的Cu48Zr48Al4合金相比,当Nb含量为0.3%和2.0%时,Cu48Zr48-xAl4Nbx(x=0.3,2.0)合金中析出的晶体相增多,促进了合金中第二相的形核与长大,当x=0.8和1.5时,Nb的加入提高了合金的玻璃形成能力,第二相含量降低,而1.2%的Nb的加入,合金中晶体相的体积分数基本不变,对合金的玻璃形成能力没有影响。同时,在直径3mm,Nb的添加量为0,0.8%和1.5%的合金中以及直径4mm,Nb的添加量为0.8%和1.5%的合金中能够析出分布均匀,尺寸均一的球状B2-CuZr相。然而Nb的添加并未在Cu46.5Zr46.5Al7合金中形成均匀分布,尺寸均一的B2-CuZr相,在直径为3mm和4mm时,该合金系基本上是完全金属玻璃结构,当直径为5mm和6mm时,0.3%和2.0%的Nb的加入获得了块体金属玻璃,提高了玻璃形成能力,Nb含量为0.8%和1.2%,合金的晶体相数量基本不变,当Nb的添加量增加到1.5%时,晶体相的数量显著增加。通过能谱分析发现,Nb的加入并未引起大的元素扩散。当合金的成分相同直径不同时,Cu48Zr48-xAl4Nbx(0≤x≤2.0)合金和Cu46.5Zr46.5Al7-xNbx(x=0,0.8-1.5)合金中晶体相的体积分数随着直径的增加而增加,对于Cu46.5Zr46.5Al7合金,Nb添加量为0.3%和2.0%时,合金的微观结构基本不发生变化,均为块体金属玻璃。通过对直径3mm的Cu48Zr48-xAl4Nbx(0≤x≤2.0)金属玻璃复合材料的拉伸测试发现,x=0,0.3,0.8和2.0时,合金均表现出显著的加工硬化能力,只有当Nb的添加量为0.8%时,合金还兼具有较大的塑性变形能力和高强度,表现出优异的综合力学性能。当Nb的添加量为1.2%和1.5%时,合金表现为脆性断裂。对于Cu46.5Zr46.5Al7-xNbx(0≤x≤2.0)合金,当Nb添加量为0.8%时,材料的综合力学性能得到了改善。金属玻璃复合材料中B2-CuZr相增韧作用的机理一方面是在变形过程中B2-CuZr相的存在可以阻碍单一剪切带的快速扩展,同时由于晶体相与基体的弹性极限不同,在界面处造成应力集中,这些应力集中点是剪切带的形核核心,促使形成多重剪切带,避免了裂纹的过早形成;另一方面,“较软”的B2-CuZr相在形变过程中会发生相变转变为“较硬”的马氏体相,从而抑制了应变软化现象。然而,并不是合金中含有B2-CuZr相就能达到优化材料力学性能的效果,只有分布均匀,尺寸均一,体积分数适量的球状B2-CuZr相才有可能优化材料的力学性能。B2-CuZr相与金属玻璃基体的纳米压痕测试结果表明,这两类CuZrAlNb合金系中B2-CuZr相的显微强度均低于对应的基体的显微强度,加载速率的大小对流变锯齿现象影响明显,材料的宏观力学性能在一定程度上可以用两相的显微强度及流变锯齿的数量来表征,两相的显微强度高则材料的宏观拉伸强度高,流变锯齿的数量多则材料的宏观拉伸塑性好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8

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本文编号：2404007