冷热处理对Zr基块体非晶合金结构和性能的影响
发布时间：2020-12-17 04:33
块体非晶合金因其优异的力学性能而具备极大地应用潜力,但远低于玻璃转变温度Tg的低塑性极大地限制了非晶合金在工程中的应用。热处理是提升金属材料性能常用的手段。而一些研究表明,低温热循环也能够提升非晶合金的各项性能,所以本文选择Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非晶合金作为研究对象,利用X射线衍射（XRD）分析仪、示差扫描量热仪（DSC）、力学试验机、扫描电子显微镜（SEM）、电化学工作站等实验手段系统的研究了低于玻璃转变温度Tg的驰豫退火以及低温热循环对合金结构、热稳定性、力学性能和腐蚀性能的影响,并分析了其影响机理。系统研究了驰豫退火以及低温热循环对Zr0.6336Cu0.1452Ni0.1012Al0.12)97.4Er2.6块体非...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自由体积模型
冷热处理对Zr基块体非晶合金结构和性能的影响6氮(77K)温度之间的低温热循环处理，发现结构的再生程度和合金的初始结构(如局部原子堆积、残余应力和结构不均匀性)有很大的关系，实验指出，0.9Tg温度下退火20小时的试样呈现出极大的再生程度。图1.2铸态和不同次数低温热循环处理之后Zr46Cu46Al8块体非晶合金的应力应变曲线[57]Fig.1.2StressstraincurvesofZr46Cu46Al8bulkamorphousalloyafterascastanddifferenttimesofcryogenicthermalcycles[57]郭伟等[63]研究了Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金在低温热循环处理后组织和力学性能的变化，发现循环处理前后的合金结构整体都保持着非晶结构，但循环处理过后的合金呈现更低的密度和更高的驰豫焓，表现出一种回复行为。文章指出，低温热循环处理引入了过量的自由体积，这是非晶合金结构复兴的主要原因，而自由体积的引入则源于核-壳非均匀组织的局部性，在循环过程中引起了显著的内应力。复兴后的玻璃具有更多的自由体积和更大的剪切转变区，有利于产生多个剪切带，所以塑性得以增强。因此，低温热循环处理被认为是一种有效的、可行的、无损的金属玻璃再生和塑化的方法。1.7不同处理方式对块体非晶合金的影响1.7.1退火对块体非晶合金的影响退火处理是一种很普遍的金属热处理工艺，通过退火，可以消除金属残余应力，改善切削加工性等。大量研究表明，退火处理对块体非晶合金也有十分重要的影响。边赞[64]将Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5块体非晶合金在400℃短时间保温后，退火态试样未产生晶化，且压缩强度基本没变，塑性略有降低；同一温度长时间保温后，合金试样内部的晶体相分数呈增高趋势，伴随着强度的逐渐增加和塑性的逐渐较小，直到无塑性。他认为，材料强度上升塑性下降?
合金锭子总质量为60g，配料前打磨去除原材料表面的污垢及氧化物，随后浸没在酒精或丙酮溶液中用超声清洗10min，配料时各组分元素质量误差值为±0.002g，按照各组份精确配料之后再一次浸在酒精或丙酮溶液中用超声波清洗10min。因为金属Al、Er极易被氧化，所以还需将配料完成并清洗干净的各试样真空封装，以备熔炼之用。表2.1实验所需材料的纯度（质量百分比）Table2.1Purityofmaterialsrequiredfortheexperiment(Percentagebyweight)2.2.3电磁感应熔炼设备及原理本实验选用电磁感应悬浮熔炼设备制备母合金，设备具体装置如图2.2。图2.2电磁感应悬浮熔炼设备图Fig.2.2Drawingofelectromagneticinductionlevitationsmeltingequipment水冷铜坩埚装置是本实验设备中的核心装置。其材质为紫铜并分为若干瓣，每一瓣紫铜内部设有冷却水的进出口管线，具有良好的导热、导电性。熔炼时，在电磁感应线圈的作用下，坩埚内的合金熔体和每一瓣坩埚都会产生涡流现象，水冷坩埚产生的涡流与合金熔体旋转方向相同，即两者形成的电磁场极性相同，同性相斥，所以合金熔体会在斥力作用下悬浮在坩埚正中(如图2.3所示)，这样避合金元素ZrErNiAlCuwt%99.9599.9999.9599.9999.99
本文编号：2921417
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自由体积模型
冷热处理对Zr基块体非晶合金结构和性能的影响6氮(77K)温度之间的低温热循环处理，发现结构的再生程度和合金的初始结构(如局部原子堆积、残余应力和结构不均匀性)有很大的关系，实验指出，0.9Tg温度下退火20小时的试样呈现出极大的再生程度。图1.2铸态和不同次数低温热循环处理之后Zr46Cu46Al8块体非晶合金的应力应变曲线[57]Fig.1.2StressstraincurvesofZr46Cu46Al8bulkamorphousalloyafterascastanddifferenttimesofcryogenicthermalcycles[57]郭伟等[63]研究了Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金在低温热循环处理后组织和力学性能的变化，发现循环处理前后的合金结构整体都保持着非晶结构，但循环处理过后的合金呈现更低的密度和更高的驰豫焓，表现出一种回复行为。文章指出，低温热循环处理引入了过量的自由体积，这是非晶合金结构复兴的主要原因，而自由体积的引入则源于核-壳非均匀组织的局部性，在循环过程中引起了显著的内应力。复兴后的玻璃具有更多的自由体积和更大的剪切转变区，有利于产生多个剪切带，所以塑性得以增强。因此，低温热循环处理被认为是一种有效的、可行的、无损的金属玻璃再生和塑化的方法。1.7不同处理方式对块体非晶合金的影响1.7.1退火对块体非晶合金的影响退火处理是一种很普遍的金属热处理工艺，通过退火，可以消除金属残余应力，改善切削加工性等。大量研究表明，退火处理对块体非晶合金也有十分重要的影响。边赞[64]将Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5块体非晶合金在400℃短时间保温后，退火态试样未产生晶化，且压缩强度基本没变，塑性略有降低；同一温度长时间保温后，合金试样内部的晶体相分数呈增高趋势，伴随着强度的逐渐增加和塑性的逐渐较小，直到无塑性。他认为，材料强度上升塑性下降?
合金锭子总质量为60g，配料前打磨去除原材料表面的污垢及氧化物，随后浸没在酒精或丙酮溶液中用超声清洗10min，配料时各组分元素质量误差值为±0.002g，按照各组份精确配料之后再一次浸在酒精或丙酮溶液中用超声波清洗10min。因为金属Al、Er极易被氧化，所以还需将配料完成并清洗干净的各试样真空封装，以备熔炼之用。表2.1实验所需材料的纯度（质量百分比）Table2.1Purityofmaterialsrequiredfortheexperiment(Percentagebyweight)2.2.3电磁感应熔炼设备及原理本实验选用电磁感应悬浮熔炼设备制备母合金，设备具体装置如图2.2。图2.2电磁感应悬浮熔炼设备图Fig.2.2Drawingofelectromagneticinductionlevitationsmeltingequipment水冷铜坩埚装置是本实验设备中的核心装置。其材质为紫铜并分为若干瓣，每一瓣紫铜内部设有冷却水的进出口管线，具有良好的导热、导电性。熔炼时，在电磁感应线圈的作用下，坩埚内的合金熔体和每一瓣坩埚都会产生涡流现象，水冷坩埚产生的涡流与合金熔体旋转方向相同，即两者形成的电磁场极性相同，同性相斥，所以合金熔体会在斥力作用下悬浮在坩埚正中(如图2.3所示)，这样避合金元素ZrErNiAlCuwt%99.9599.9999.9599.9999.99
本文编号：2921417
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