ZrCu基非晶复合材料的制备与力学性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nathan_zk
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具备较大非晶形成能力、良好塑性和加工硬化能力的B2-CuZr相增强ZrCu基非晶复合材料是最有应用潜力的非晶复合材料之一。然而,B2-CuZr相的析出难于控制,诸多因素都会导致析出相的体积分数、分布、尺寸、结构发生变化,进而影响其力学性能,不利于ZrCu基非晶复合材料的工程应用。因此,本课题的工作重点在于研究B2-CuZr相的组织调控,为材料的制备工艺和力学性能之间寻找联系。  浇铸工艺对CuZr相增强非晶复合材料的组织结构影响显著。浇铸工艺的加热方式和浇铸方式影响两种尺寸的CuZr相的数量,浇铸温度和保温时间影响CuZr相的体积分数,熔体从坩埚流进模具的过程中也会对CuZr相的析出产生影响。冷却速率影响CuZr相的尺寸、数量和体积分数。对CuZr相数量和尺寸进行统计,发现其与冷却速率倒数有线性关系。根据浇铸工艺和冷速对两种尺寸CuZr相的影响方式的区别,推断出两种CuZr相的析出过程。  合金成分对CuZr相的稳定性和力学性能有重要影响。Al含量的增加能够稳定CuZr相的奥氏体,提高合金的非晶形成能力,Zr/Cu比的改变也能使奥氏体的稳定性变化,并随着Zr/Cu比的增加而降低CuZr相的共析转变点。Al含量和Zr/Cu比还改变CuZr相和非晶基体的硬度,CuZr相和非晶基体的硬度比和CuZr相增强非晶复合材料的塑性成明显的负相关关系。同时Zr/Cu比在1.2附近的合金中发现形变诱发马氏体相变。  CuZr相增强非晶复合材料的力学性能随体积分数的变化规律主要和CuZr相和非晶基体的硬度比或屈服强度比有关。根据CuZr相和非晶基体的硬度比和屈服强度比,将ZrCu基合金分成了三种类型:Ⅰ型合金的CuZr相比非晶基体软,随体积分数的增加,能够提高合金的塑性,具有显著的增韧增塑作用;Ⅱ型合金的CuZr相和非晶基体屈服强度差不多,其力学性能对体积分数的变化不敏感;Ⅲ型合金的CuZr相比非晶基体硬,会明显恶化合金的塑性。  CuZr相的尺寸对非晶复合材料塑性的影响主要体现在塑性曲线的峰值位置,即大尺寸CuZr相在较小体积分数处达到塑性的最大值,而小尺寸CuZr相在较大体积分数处达到塑性的最大值,在非晶复合材料塑性的高低上,两者贡献相近。通过计算剪切带体积来建立表征CuZr相界面对非晶复合材料塑性影响的模型,该模型能较好地吻合非晶复合材料塑性随体积分数的变化关系,并指出大尺寸和小尺寸CuZr相的主要区别在于两者的剪切带长度系数的差距。
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