Cu-Zr基块体非晶合金的搅拌摩擦焊接研究

发布时间：2020-03-19 02:05

【摘要】：块体非晶合金(BMGs)由于其特殊的结构特征,具有优异的物理、力学及化学性质,例如高的强度、大的弹性极限、良好的磁学性能与耐腐蚀性能等。BMGs可作为电力行业、国防工业、精密仪器等高新技术的关键材料,但是目前制备出的BMGs三维尺寸小,这极大的限制了BMGs在工程材料中的应用。搅拌摩擦焊接(FSW)是一种固相焊接技术,可以有效的增大非晶合金的尺寸,由于其焊接过程热输入量少,它容易使非晶合金母材在焊接过程中保持其亚稳态的结构。另外,BMGs在过冷液相区域内具有很好的塑性流动能力。所以FSW成为非晶合金尺寸增大的理想技术。本文以Cu_(36)Zr_(48)Ag_8Al_8块体非晶合金为研究对象,在其过冷液相区域内进行搅拌摩擦焊接。首先对铸态试样进行XRD、不同升温速度的非等温DSC分析发现,随着升温速率的增加,该BMGs的过冷液相区向更高的温度偏移,同时过冷液相区的宽度也变大,这说明具备很高升温速率的加热辅助装置有利于该BMGs在过冷液相区域内的焊接。通过等温DSC发现,在过冷液相区域内的温度下,该BMGs晶化前孕育期需要的时间为13 min,这要求BMGs的焊接过程在13 min之内完成。根据上述的分析结果设计FSW的加热辅助装置、搅拌头的尺寸和工艺参数。选定轴肩为12 mm,搅拌焊针为圆台形的搅拌头。同时发现,当焊接速度为20mm/min,旋转速度为400 rpm,下压量为0.1 mm时,该非晶合金的焊缝成形最好。通过在预热温度为100℃、200℃、300℃下,利用上述的焊接工艺参数进行焊接。焊后发现在预热100℃时成功得到了非晶态的焊接接头。此外,该BMGs在预热温度200℃、300℃下焊接发生了晶化,并且在其晶化时析出相的顺序为:非晶→Cu_(10)Zr_7+Cu Zr_2+非晶→Cu_(10)Zr_7+Cu Zr_2+Al_2Zr_3+非晶。从显微维氏硬度发现,在维氏压痕周围存在半圆形的剪切带,同时焊缝焊核区域的硬度高于热影响区域。通过焊接后的试样做DSC发现,维氏压痕周围半圆形剪切带的数量与该非晶合金试样内部自由体积的含量成正比关系。最后对非晶态的焊接接头与铸态试样做纳米压痕试验,试验发现,在加载阶段,非晶态焊接接头试样发生的黏塑性变形少于铸态试样的;并且随着加载速率的增加,在加载阶段的黏塑性变形相应的减少。在保载阶段,随着加载速率的增加蠕变位移也在相应的增加,焊接接头试样发生的蠕变位移小于铸态试样的蠕变位移。通过EVEV模型拟合计算发现,非晶态焊接接头的蠕变柔量小于铸态试样的蠕变柔量;在延迟谱上存在两个峰,并且非晶态焊接接头延迟谱上的两个峰比铸态试样的尖锐,说明这两种试样内部均存在两种不同类型的弛豫过程,且焊接接头处的弛豫过程比铸态试样的更加严重。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG453.9

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本文编号：2589531