热处理对Zr基非晶合金Vickers压痕塑性变形行为的影响

发布时间：2017-10-10 13:22

  本文关键词：热处理对Zr基非晶合金Vickers压痕塑性变形行为的影响

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【摘要】：块体非晶合金因其具有高强度、高硬度、高弹性变形、耐摩擦、耐腐蚀等许多优异的性能而有望成为新兴的结构材料。然而,由于非晶合金内不存在晶界和无位错滑移机制,因此它的室温塑性变形是以形成高度局域化的剪切带的方式进行的。剪切带形成后快速扩展往往导致材料发生脆性断裂,从而表现为宏观室温塑性变形量非常小,使得非晶合金作为结构材料的应用受到了很大的限制。非晶合金的室温塑性与剪切带的形核与扩展过程密切相关。如果塑性变形过程中,主剪切带的快速扩展能被有效抑制,并且主剪切带能够分支成大量微小的剪切带,那么材料的室温塑性变形能力将会得到大大的提高。近年来的一些研究成果表明,自由体积含量以及分布在非晶基体中的第二相颗粒对剪切带的形核与扩展具有极其显著的影响。非晶合金在界面压痕变形方式下形成的剪切带形貌便于观察,能够很方便的研究剪切带的演变规律,有助于揭示非晶合金的塑性变形机制。本论文的研究中,以Zr基非晶合金系中极具代表性的Zr55Al10Ni5Cu30和Zr65Al7.5Cu12.5Ni10Ag5块体非晶合金为研究对象,通过热处理实现了非晶合金自由体积含量的变化以及第二相晶粒的晶化析出。分别在低于玻璃化转变温度Tg和过冷液相区(玻璃化转变温度Tg与晶化开始温度Tx之差)内进行不同退火温度以及不同保温时间的等温退火处理,得到具有不同自由体积含量和晶化体积分数的非晶合金和非晶基复合材料。利用XRD、DSC以及HRTEM对退火处理前后非晶合金的微观结构进行表征。利用维氏显微硬度计对合金试样进行显微硬度测量和Vickers界面压痕实验。结果发现,不管是在低于玻璃化转变温度Tg还是在过冷液相区内的等温退火处理均能使非晶合金的显微硬度增加。通过SEM观察Vickers压痕下方剪切带形核与扩展的变化规律,发现低于玻璃化转变温度Tg的等温退火处理使得合金剪切变形区尺寸、剪切带的密度和剪切半径有一定程度的减小,并且这一变化趋势随着保温时间的延长而加剧。这是弛豫退火导致自由体积分布更加均匀、过剩自由体积含量降低的结果。而过冷液相区内的等温退火处理使得剪切变形区尺寸、剪切带的密度和剪切半径有先增大后减小的变化趋势。当剪切带密度增加时,剪切带变得平滑、均匀,同时射线状二次剪切带的数量和尺寸也有所增加;当剪切带密度减小时,会出现一定程度的流变现象,并且很难观察到尺寸较大的二次剪切带。这一趋势的出现是由自由体积含量降低以及非晶晶化析出第二相粒子共同作用的结果。
【关键词】：非晶合金 等温退火 剪切带 显微硬度 塑性变形
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8;TG156
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 引言11
• 1.2 非晶合金及其发展历史11-14
• 1.2.1 非晶合金的定义11-12
• 1.2.2 非晶合金的发展历史12-14
• 1.3 非晶合金的制备14-17
• 1.4 非晶合金的性能及应用前景17-21
• 1.4.1 非晶合金的性能17-19
• 1.4.2 非晶合金的应用前景19-21
• 1.5 非晶合金的塑性研究进展21-23
• 1.5.1 非晶合金的塑性变形方式21-22
• 1.5.2 非晶合金中剪切带的产生22
• 1.5.3 非晶合金的塑性变形机制22-23
• 1.6 非晶合金的结构弛豫与晶化23-25
• 1.6.1 非晶合金的结构弛豫23-24
• 1.6.2 非晶合金的晶化24-25
• 1.6.3 结构弛豫对晶化的影响25
• 1.7 提高非晶合金室温塑性的方法25-28
• 1.7.1 塑性非晶合金26
• 1.7.2 非晶基复合材料26-27
• 1.7.3 表面改性27-28
• 1.8 压痕方法及其在非晶合金变形行为研究中的应用28
• 1.9 本文研究的主要内容及意义28-31
• 1.9.1 研究内容29
• 1.9.2 研究意义29-31
• 第二章 实验方法31-35
• 2.1 实验方案31
• 2.2 本论文所需主要设备31-32
• 2.3 实验材料的制备32-33
• 2.3.1 初始母合金铸锭的制备32
• 2.3.2 铸态块体非晶合金试样的制备32-33
• 2.4 块体非晶合金试样的退火处理及其力学实验33-34
• 2.5 热处理后块体非晶合金试样的微观结构和DSC分析34-35
• 第三章 Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体非晶合金退火处理后的Vickers压痕塑性变形行为35-55
• 3.1 非晶合金试样的微观结构表征35-38
• 3.1.1 铸态非晶合金试样的微观结构表征35-36
• 3.1.2 退火后非晶合金试样的微观结构表征36-38
• 3.2 退火处理后Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体非晶合金的热稳定性分析38-43
• 3.3 等温退火处理对Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体非晶合金显微硬度的影响43-45
• 3.4 等温退火处理对Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体非晶合金剪切带形貌的影响45-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 退火处理对Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金剪切带形貌的影响55-73
• 4.1 退火处理对Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金微观结构的影响55-59
• 4.1.1 铸态Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金的微观结构55-56
• 4.1.2 退火后Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金的微观结构56-59
• 4.2 退火处理对Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金热稳定性的影响59-62
• 4.3 Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金显微硬度的变化62-63
• 4.4 Zr_(65)Al_(7.5)Cu_(12.5)Ni_(10)Ag_5块体非晶合金剪切带形貌的研究63-70
• 4.5 退火处理对两种不同成分合金影响的对比分析70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 非晶合金中剪切带的形核与扩展73-81
• 5.1 Vickers压痕下方剪切带的形成与扩展73-76
• 5.1.1 Vickers压痕变形受力分析73-74
• 5.1.2 剪切带的形核与扩展74-76
• 5.2 自由体积含量变化的产生76
• 5.3 晶化第二相的形成76-77
• 5.4 自由体积、晶化第二相对剪切带形成过程的影响77-78
• 5.5 本章小结78-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-91
• 致谢91-93
• 攻读学位期间发表的学术论文目录93-94

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3 本报记者 倪e，

本文编号：1006622