低Hf含量Zr 61 Ti 2 Cu 25 Al 12 块体非晶合金的断裂行为
发布时间：2021-04-05 12:09
块体非晶合金因为具有高强度而在工程结构材料中具有潜在的应用,而其脆性断裂是其走向工程应用之前必须解决的重要问题。本论文选择已经开发出的同时具有高强度和高断裂韧性的Zr61Ti2Cu25Al12块体非晶合金为研究对象,拟通过合金设计的方法进一步提高其断裂韧性。使用低Hf含量的高纯Zr原料,制备出成分为Zr61Ti2Cu25Al12的铸态合金板,XRD和DSC检测表明其为完全非晶态结构。选合金板最下端的部分,按照ASTM E399标准制备单边缺口三点弯曲样品,进行室温下疲劳预制裂纹的制备以及断裂韧性的测试,测得低Hf含量的Zr61Ti2Cu25Al12非晶合金的断裂韧性为147（±7）MPa·m1/2,比文献报道值112（±6）MPa·m1/2...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
晶态和非晶态原子结构对比图[10]
低Hf含量Zr61Ti2Cu25Al12块体非晶合金的断裂行为2Pd–T–P（T=Ni，Co，Fe）系非晶合金[9]，这些毫米级别的块体非晶合金的出现，使得非晶合金的压缩、拉伸以及弯曲行为研究成为可能。在该时期还有其他临界冷却速率较低的Zr基以及Pd基等非晶合金被制备出来，并且具有良好的软磁性能的Fe基非晶合金已经被广泛的应用于变压器等领域[10]。图1.2已发现的非晶合金临界尺寸发展图[11]目前已经发现的非晶合金的临界尺寸如图1.2所示，在80年代初期，Turnbull研究组通过对样品表面进行刻蚀，不断地循环加热冷却以减少非均质形核(助溶剂包裹法)，从而制备出直径为5mm的Pd40Ni40P20非晶合金锭。并且在1984年，他们通过在硼氧化物溶剂中加入Pd-Ni-P熔体，使其临界铸造厚度达到1cm[12]。终于在1989年，日本东北大学研究所的A.Inoue研究组的张涛发明了铜模铸造法，块体非晶合金的成分开发从此爆发，很多成分体系的大尺寸非晶合金被制备出来，例如La系，直径5mm的La55Al25Ni20以及后面制备出直径达到9mm的La55Al25Ni10Cu10块体非晶合金[13]，以及Pd系、Mg基、Ti基、Fe基等[14]，这一突破使得非晶合金的拉伸、压缩、疲劳和断裂等力学性能的研究成为可能。在1991年，他们又开发出具有很高的玻璃形成能力以及热稳定性的Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金，并且制备出临界铸造厚度达到15mm，过冷液相区宽度达到127K的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5的块体非晶合金[15]。Inoue研究组的研究成果很快得到了美国加州理工学院Johnson教授的认可，并在1993年，Johnson等人开发了经典的Vit1成分（Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5），其临界尺寸达到了几个厘米[16]。在这之后，他们组建了“液态金属公司（Liquid-metalTechnologies）”公司来开发应用非晶合金。在1997年，Inoue研究组将Pd40Ni40P20成?
硕士学位论文5图1.3非晶合金的应用a)高尔夫球头；b)耐克球鞋；c)非晶刀具；d)非晶小零件图1.4典型块体非晶合金的强度、硬度随弹性模量的变化[28]（3）塑性和韧性非晶合金在室温下一般呈脆性断裂，其塑韧性受材料所处的应力状态和温度的影响较大。由于非晶合金没有位错缺陷的存在，不会发生滑移，但是其在高温状态下具有很大的粘性流动，容易发生塑性变形，尤其是在该非晶合金的过冷液相区，会表现出超强的变形能力，具有超塑性。例如La55Al25Ni20非晶合金，其在过冷液相区时具有超塑性，其应变速率敏感系数变为1，伸长率可以达到15000%，对于这类合金，将其加热到过冷液相区，可以将其吹成表面非常光滑的非晶合金球，然后再进行加工，制备成表面非常光滑的微型齿轮[29]。而对于一般的晶态合
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶合金零件成形技术研究进展[J]. 丁华平,龚攀,姚可夫,邓磊,金俊松,王新云. 材料导报. 2020(03)
[2]非晶合金的塑性成形[J]. 黄永江,付武靖,范洪波,孙剑飞. 塑性工程学报. 2019(02)
[3]Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5非晶合金的高温压缩性能研究[J]. 陆洲,胡会娥,苏小红. 塑性工程学报. 2019(02)
[4]非晶合金热塑性微成型技术研究概况及发展趋势[J]. 李春燕,朱福平,丁娟强,尹金锋,赵燕春,寇生中. 功能材料. 2018(11)
[5]Er对ZrCuNiAl非晶合金结构、力学性能、热稳定性及非晶形成能力的影响[J]. 李春燕,尹金锋,王铮,寇生中,赵燕春. 材料工程. 2018(01)
[6]大尺寸非晶合金的制备方法及性能研究[J]. 唐翠勇,戴文攀,汪明文,康剑鸣,张翔. 成都工业学院学报. 2015(02)
[7]A Damage-tolerant Bulk Metallic Glass at Liquid-nitrogen Temperature[J]. Jun Yi,S.Mohsen Seifi,Weihua Wang,John J.Lewandowski. Journal of Materials Science & Technology. 2014(06)
[8]非晶合金塑性理论研究进展[J]. 蒋敏强. 中国材料进展. 2014(05)
[9]非晶中“缺陷”——流变单元研究[J]. 汪卫华. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[10]冷却速度对Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金组织和力学性能的影响[J]. 赵燕春,寇生中,袁小鹏,李春燕,于朋,蒲永亮. 稀有金属. 2014(02)
硕士论文
[1]铁基非晶合金涂层制备及性能研究[D]. 赵仁亮.山东建筑大学 2019
[2]块体非晶合金的动态断裂韧性研究[D]. 顾兢.太原理工大学 2018
[3]Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的断裂韧性和裂纹扩展[D]. 周一浩.上海大学 2017
本文编号：3119608
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
晶态和非晶态原子结构对比图[10]
低Hf含量Zr61Ti2Cu25Al12块体非晶合金的断裂行为2Pd–T–P（T=Ni，Co，Fe）系非晶合金[9]，这些毫米级别的块体非晶合金的出现，使得非晶合金的压缩、拉伸以及弯曲行为研究成为可能。在该时期还有其他临界冷却速率较低的Zr基以及Pd基等非晶合金被制备出来，并且具有良好的软磁性能的Fe基非晶合金已经被广泛的应用于变压器等领域[10]。图1.2已发现的非晶合金临界尺寸发展图[11]目前已经发现的非晶合金的临界尺寸如图1.2所示，在80年代初期，Turnbull研究组通过对样品表面进行刻蚀，不断地循环加热冷却以减少非均质形核(助溶剂包裹法)，从而制备出直径为5mm的Pd40Ni40P20非晶合金锭。并且在1984年，他们通过在硼氧化物溶剂中加入Pd-Ni-P熔体，使其临界铸造厚度达到1cm[12]。终于在1989年，日本东北大学研究所的A.Inoue研究组的张涛发明了铜模铸造法，块体非晶合金的成分开发从此爆发，很多成分体系的大尺寸非晶合金被制备出来，例如La系，直径5mm的La55Al25Ni20以及后面制备出直径达到9mm的La55Al25Ni10Cu10块体非晶合金[13]，以及Pd系、Mg基、Ti基、Fe基等[14]，这一突破使得非晶合金的拉伸、压缩、疲劳和断裂等力学性能的研究成为可能。在1991年，他们又开发出具有很高的玻璃形成能力以及热稳定性的Zr-Al-Ni-Cu系非晶合金，并且制备出临界铸造厚度达到15mm，过冷液相区宽度达到127K的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5的块体非晶合金[15]。Inoue研究组的研究成果很快得到了美国加州理工学院Johnson教授的认可，并在1993年，Johnson等人开发了经典的Vit1成分（Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5），其临界尺寸达到了几个厘米[16]。在这之后，他们组建了“液态金属公司（Liquid-metalTechnologies）”公司来开发应用非晶合金。在1997年，Inoue研究组将Pd40Ni40P20成?
硕士学位论文5图1.3非晶合金的应用a)高尔夫球头；b)耐克球鞋；c)非晶刀具；d)非晶小零件图1.4典型块体非晶合金的强度、硬度随弹性模量的变化[28]（3）塑性和韧性非晶合金在室温下一般呈脆性断裂，其塑韧性受材料所处的应力状态和温度的影响较大。由于非晶合金没有位错缺陷的存在，不会发生滑移，但是其在高温状态下具有很大的粘性流动，容易发生塑性变形，尤其是在该非晶合金的过冷液相区，会表现出超强的变形能力，具有超塑性。例如La55Al25Ni20非晶合金，其在过冷液相区时具有超塑性，其应变速率敏感系数变为1，伸长率可以达到15000%，对于这类合金，将其加热到过冷液相区，可以将其吹成表面非常光滑的非晶合金球，然后再进行加工，制备成表面非常光滑的微型齿轮[29]。而对于一般的晶态合
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶合金零件成形技术研究进展[J]. 丁华平,龚攀,姚可夫,邓磊,金俊松,王新云. 材料导报. 2020(03)
[2]非晶合金的塑性成形[J]. 黄永江,付武靖,范洪波,孙剑飞. 塑性工程学报. 2019(02)
[3]Zr57Cu15.4Ni12.6Al10Nb5非晶合金的高温压缩性能研究[J]. 陆洲,胡会娥,苏小红. 塑性工程学报. 2019(02)
[4]非晶合金热塑性微成型技术研究概况及发展趋势[J]. 李春燕,朱福平,丁娟强,尹金锋,赵燕春,寇生中. 功能材料. 2018(11)
[5]Er对ZrCuNiAl非晶合金结构、力学性能、热稳定性及非晶形成能力的影响[J]. 李春燕,尹金锋,王铮,寇生中,赵燕春. 材料工程. 2018(01)
[6]大尺寸非晶合金的制备方法及性能研究[J]. 唐翠勇,戴文攀,汪明文,康剑鸣,张翔. 成都工业学院学报. 2015(02)
[7]A Damage-tolerant Bulk Metallic Glass at Liquid-nitrogen Temperature[J]. Jun Yi,S.Mohsen Seifi,Weihua Wang,John J.Lewandowski. Journal of Materials Science & Technology. 2014(06)
[8]非晶合金塑性理论研究进展[J]. 蒋敏强. 中国材料进展. 2014(05)
[9]非晶中“缺陷”——流变单元研究[J]. 汪卫华. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(04)
[10]冷却速度对Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金组织和力学性能的影响[J]. 赵燕春,寇生中,袁小鹏,李春燕,于朋,蒲永亮. 稀有金属. 2014(02)
硕士论文
[1]铁基非晶合金涂层制备及性能研究[D]. 赵仁亮.山东建筑大学 2019
[2]块体非晶合金的动态断裂韧性研究[D]. 顾兢.太原理工大学 2018
[3]Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5非晶合金的断裂韧性和裂纹扩展[D]. 周一浩.上海大学 2017
本文编号：3119608
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