Ti掺杂对锆基非晶合金组织性能的影响

发布时间：2020-10-20 18:05

　　 非晶合金具备优异的物理化学性能,在电子、机械、化工、国防等领域具有广泛的应用前景。迄今,大块非晶的低成本制备仍然是一个颇具挑战性的难题,制约了非晶合金的应用。本文以工业级原料采用铜模浇注法和热型连铸法制备了Zr_(55-x)Al_(10)Ni_5Cu_(30)Ti_x(x=0、1、3和5)合金试样,研究了不同工艺条件对Zr基非晶合金组织和性能的影响,对块体非晶合金的低成本制备具有一定的参考价值。首先采用铜模浇注法制备了Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶合金样品,并研究了浇注温度、样品尺寸对非晶形成能力及力学性能的影响。实验表明浇注温度对非晶合金的组织性能有重要影响。适当高的浇注温度,能够减少晶态形核,提高非晶形成能力,从而制备出组织性能优异的非晶合金。浇注温度在900°C~1000°C时,合金的非晶形成能力随着熔体温度的升高而增强;浇注温度超过1000°C时,合金的冷却速率下降,合金的非晶形成能力随着熔体温度的升高而减弱。非晶合金表征的硬度值远大于同组分普通合金的硬度值,说明非晶合金的力学性能明显优于同组分的普通合金,非晶组分越多,力学性能越好。非晶形成能力随着合金样品尺寸厚度的增加而减弱,尺寸厚度增加使合金的冷却速率下降,合金的晶化程度随之增加,非晶形成能力下降。采用水平连铸法制备了Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶合金,根据锆基非晶合金的收缩特性确定了铸型设计方案,并根据铜的导热系数大的特性以及合金熔体自身性能等确定了连铸实验中合适的型口温度、固液界面位置、牵引速度和冷却距离等工艺参数。具体工艺为:铸型结构为直筒型,型口温度900°C~1000°C,固液界面位置5 mm~20 mm,牵引速度1 mm/s~9 mm/s,冷却距离20 mm~60 mm,冷却剂量3 L/min。通过对型口温度和牵引速度这两个重要的工艺参数的研究可以得出,型口温度控制了熔体的起始温度,当型口温度在900°C~1000°C范围时,型口温度越高,温度梯度越大,越有利于非晶的形成,所制得的合金性能和结构越好,但是如果冷却速度不够,容易造成铸件难以成型,凝固时不会形成非晶结构;如果型口温度低于900°C,由于熔体温度不够高,容易使合金提前凝固,无法进行连铸,而且温度梯度不够,难以形成非晶结构。牵引速度控制了熔体的冷却速度,冷却速度决定了铸型内外的温度梯度。牵引速度在1 mm/s~9 mm/s范围内,速度越快,冷却速度越快,所得铸件的非晶结构越多,合金的硬度也越大。但是牵引速度过快,会导致合金脆性增大,韧性降低。采用铜模浇注法制备了Zr_(55-x)Al_(10)Ni_5Cu_(30)Ti_x(x=0、1、3和5)合金试样,研究了Ti元素添加对锆基非晶合金的玻璃形成能力、热稳定性和力学性能的影响。结果表明随着Ti元素的含量由x=0增加到x=5,锆基非晶合金的玻璃形成能力得到提高,但非晶态的稳定性并不会随Ti元素含量的增加而相应提高;适量Ti元素的加入能够有效改善合金的力学性能;非晶复合材料Zr_(54)Al_(10)Ni_5Cu_(30)Ti具有较好综合力学性能,其断裂强度达到1639.28 MPa,塑性应变为2.1%,断口平滑区分布着大面积细密且深的脉状花纹。
【学位单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.8
【部分图文】：

>12%；3 个主要组元之间的混合热为较大负值率 Rc金属冷却凝固时，发生晶型转变，成为非晶时需能力的宏观度量指标[59]。而临界冷却速率可以即 TTT 曲线能够直观的反映出过冷高温相在不变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）三线的左侧为非晶态区，当纯金属或合金从熔化状的鼻尖相交便可以形成非晶。

图 1.3 临界冷却速度和过冷液相区之间的关系The relationship between the critical cooling rate and the supercooled l金的制备方法晶形成能力的影响，非晶合金多以粉末、细丝、薄带等低晶合金的问世是非晶合金材料制备技术的里程碑，其制备金的非均质形核，因此在制备非晶合金中要对母合金反复纯度来达到消除非均质形核点的目的。目前，非晶合金的类，一类是直接凝固法，主要包括水淬法、铜模铸造法、悬浮熔炼等。另一类是粉末固结成形法，即在过冷液相区晶粉末压制成非晶合金。以下列举了目前最为常用的非晶

图 1.4 水淬法工作原理.4 Schematic diagram of water quenching metho热装置的下方放置一水冷铜模，熔融的金冷却而获得非晶合金。这种方法的关键在晶核，二是要保持良好的液流状态，因为铜[62]。但由于铜模冷却速率的限制，制备出的
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本文编号：2848986