Zr基块体非晶合金电塑性变形行为的研究

发布时间：2017-10-07 01:19

  本文关键词：Zr基块体非晶合金电塑性变形行为的研究

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【摘要】：块体非晶合金的室温脆性和难以加工性一直是阻碍其工业应用的主要问题,如何改善块体非晶合金的室温脆性,提高其塑性变形能力,一直是非晶合金研究领域的热点问题。近年来,脉冲电流作为一种新的技术手段被引入到块体非晶合金的研究中,利用脉冲电流在非晶合金中显著的热效应,可以实现非晶合金的快速热塑性成形,然而这种方法与非晶合金的传统热塑性成形相比,只是改变了加热方式而已,并无法有效地避免非晶晶化的发生。大量的研究表明,脉冲电流在晶态金属中存在提高材料塑性的电塑性效应,块体非晶合金中是否存在这种低温电塑性效应,目前还没有任何报道。在此背景下,本研究拟采用在块体非晶合金拉伸变形中通入脉冲电流的方式,研究块体非晶合金变形行为的变化,探索块体非晶合金低温电塑性的可能性。电阻率是影响脉冲电流热效应的重要物理量,电阻率的大小强烈依赖于材料的温度与结构变化,因此,有必要对非晶合金的电阻率进行测量和研究。首先,测量了Zr55Cu30Al10Ni5、Zr61Ti2Cu25Al12和Zr52.5Cu17.9Ni14.6Ti5Al10三种Zr基块体非晶合金在连续升温过程中的电阻率的变化,发现通过电阻率-温度曲线的斜率变化可以很好地表征出非晶合金在升温过程中的结构弛豫、晶化及晶相转变等过程,但非晶的玻璃转变过程却无法清晰地反映出来。非晶合金结构中存在的局域原子团会随温度的变化而发生的有序-无序转变,这可以用来解释不同结构转变引起的电阻率变化。利用电阻率法定义的结构转变特征温度也要比DSC测量的低很多。其次,研究了在脉冲电流下Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金的拉伸变形行为,发现脉冲电流能促使试样发生明显的塑性伸长,不同的电流参数下,非晶试样能够获得15%~20%的拉伸应变量,而且试样的抗拉强度和拉伸应变量强烈地依赖于脉冲电流的电流密度、电流脉宽以及拉伸的应变速率。拉伸过程中的温度测量显示,试样在发生塑性变形时的最低温度为280℃,这远小于非晶合金的玻璃转变点。试样的应力-应变曲线均表现出类似于高温不均匀粘滞性流变的特征,说明温度在试样的变形行为上起到了主导作用,而脉冲电流自身的电子效应会加速这个过程,促使塑性流变在较低的温度下发生。最后,对变形后的试样进行XRD、DSC和显微硬度测试,发现试样在发生塑性变形后仍保持完好的非晶态结构,玻璃转变点Tg和晶化点Tx都发生了一定程度的降低,试样靠近断口的大变形区比相邻的小变形区含有更多的自由体积,沿试样的轴线方向,随着变形的减小,试样的显微硬度呈逐渐增大的趋势。并结合“剪切转变区”(STZ)模型,对非晶合金中存在的电塑性机理进行定性的解释。
【关键词】：块体非晶合金 电阻率 脉冲电流 塑性变形 电塑性
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 块体非晶合金的发展概况10-12
• 1.2 块体非晶合金的室温脆性12-13
• 1.3 改善块体非晶合金室温脆性的方法13-18
• 1.4 脉冲电流在金属材料研究中的应用18-24
• 1.5 本文的研究内容24-25
• 2 Zr基块体非晶合金的热电阻研究25-40
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验过程26-30
• 2.3 实验结果与分析30-38
• 2.4 本章小结38-40
• 3 脉冲电流下块体非晶合金的变形行为研究40-54
• 3.1 引言40-41
• 3.2 电塑性实验设计41-43
• 3.3 实验结果43-51
• 3.4 分析与讨论51-52
• 3.5 本章小结52-54
• 4 电塑性形变对块体非晶合金结构及性能的影响54-63
• 4.1 引言54
• 4.2 实验过程54-55
• 4.3 实验结果55-59
• 4.4 分析与讨论59-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5 全文总结63-66
• 5.1 获得的主要结果63-64
• 5.2 本论文的创新之处64
• 5.3 课题展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-76
• 附录攻读硕士期间发表的论文76

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3 本报记者 倪e，

本文编号：986113