Cu-Zr-Zn非晶及其复合材料的形成与性能研究

发布时间：2017-12-08 02:09

  本文关键词：Cu-Zr-Zn非晶及其复合材料的形成与性能研究

  更多相关文章： 非晶合金 快速凝固 微观结构 力学性能 马氏体转变

【摘要】：金属非晶因其独特的原子结构而具有许多优异的力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一,但是由于其在变形过程中的室温脆性和应变软化等关键问题一直制约其大规模工程应用。研究发现在非晶基体内引入形状记忆相制得的块体非晶复合材料在室温变形过程中不仅具有良好的拉伸塑性,而且表现出了微观加工硬化能力。CuZr基合金由于具有较大的非晶形成能力,并且存在两种不同的晶体相B2-CuZr相(奥氏体)、B19‘-CuZr或B33-CuZr(马氏体)。因此是制备相变诱导塑性(Transformation-induced plasticity,TRIP)非晶复合材料的理想材料。制备CuZr基块体非晶复合材料有两个关键点:(1)为了获得大尺寸的块体非晶复合材料,确保组分具有较大的非晶形成能力;(2)提升B2-CuZr相的热稳定性从而抑制其分解为低温平衡相。本文选取(Cu_(0.5)Zr_(0.5))100-x Znx(x=0,1.5,2.5,4.5,7,10和14 at.%)合金系为研究对象,采用电弧熔炼以及感应熔炼-吹铸-单辊甩带系统制备Cu-Zr-Zn合金锭、非晶条带和块体非晶及其复合材料。(Cu_(0.5)Zr_(0.5))_(100-x)Zn_x(x=1.5,2.5,4.5,7,10和14 at.%)金属玻璃的非晶形成能力(GFA)研究表明:随着Zn元素含量的增加,CuZr基金属玻璃的非晶形成能力逐渐增大。并且可以成功制备出Cu-Zr-Zn块体金属玻璃及其复合材料。结合拓扑不稳定性以及电子参数的玻璃化参数λ+(?h)1/2,可以很好地解释添加Zn元素的CuZr基合金非晶形成能力(GFA)提高的原因。此外,为了进一步理解Cu-Zr-Zn非晶复合材料的形成,对B2-CuZr相的形成以及Cu-Zr-Zn金属玻璃的晶化动力学进行了探究。在退火过程中,Cu-Zr-Zn金属玻璃发生晶化,主要转变为Cu_(10)Zr_7与CuZr_2晶体相,随后开始析出B2-CuZr相。当退火温度超过1050K,所有的晶化产物转变为Cu_(10)Zr_7和B2-CuZr晶体相。随着Zn元素的添加,共晶转变温度逐渐降低,这暗示了Zn元素可以有效地将B2-CuZr相稳定至低温。通过对等温热处理的Cu-Zr-Zn金属玻璃晶化动力学研究,发现其晶化机制为具有不同形核速率的边界控制的二维或三维晶体生长。(Cu_(0.5)Zr_(0.5))_(100-x)Zn_x(x=0,2.5,4.5,7,10和14 at.%)非晶复合材料微观结构以及力学性能的研究表明:少量Zn(x=0,2.5 at.%)添加的非晶复合材料中,主相为CuZr马氏体相以及少量的B2-CuZr相和非晶相;然而,随着Zn含量的增加(x=4.5,7,10和14 at.%),非晶复合材料中主相转变为B2-CuZr相和非晶相,其中含有少量的CuZr马氏体相。由于多重剪切带的形成以及B2-CuZr相发生的形变诱导马氏体转变(MT),非晶复合材料展现出宏观可测的压缩塑性应变以及明显的加工硬化能力。该非晶复合材料或可称为理想的高性能结构材料。对(Cu_(0.5)Zr_(0.5))_(100-x)Zn_x(x=1.5,2.5,4.5,7,10和14 at.%)合金锭中马氏体转变及其微观结构的研究发现:所有的合金锭中都存在CuZr马氏体晶体相,随着Zn含量的增加,CuZr马氏体晶体相体积分数减少,而B2-CuZr相的体积分数含量增加。当添加高含量的Zn元素(x=7,10和14 at.%),基体为共晶结构。热分析结果表明:当Zn含量从1.5增至14 at.%,起始马氏体转变温度(Ms)从412±5 K降至329±5 K。Cu-Zr-Zn形状记忆合金的马氏体转变温度(Ms)值与价电子数和价电子浓度分别成反比,这暗示了C u-Zr-Zn合金中马氏体转变与电子性质相关联。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.8;TB33

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本文编号：1264634