Fe-Si-B非晶态合金结构演变及其流变行为的研究

论文摘要

本文利用X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、热膨胀仪（DIL）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电阻测量仪、拉伸流变测量装置和显微硬度测定仪等仪器，较为系统地研究了Fe-Si-B非晶态合金从淬态非晶到晶化态的结构演变过程，主要内容包括：Fe78Si9B13非晶态合金低温结构弛豫及其性能变化；高温退火中Fe-Si-B非晶态合金的拉伸流变、热膨胀行为和结构转变；Fe-Si-B合金初晶晶化收缩；Fe-Si-B合金从淬态非晶到晶化态的结构演化过程。 在本课题中，对典型的Fe基非晶态合金Fe78Si9B13条带进行了系统的低温等温退火，对淬态和退火的合金条带进行了弯曲实验、显微硬度及电阻率的测量、SEM断口观察和XRD结构检测。研究发现：Fe78Si9B13非晶态合金条带在退火的初期阶段被测试样的电阻率呈现一定规律的波动，其波动的趋势与显微硬度值吻合得很好。分析认为电阻率ρre的波动源自于Fe78Si9B13非晶态合金有序度的变化；在200℃-300℃退火15分钟到15小时期间，检测到进一步有序化的Fe3Si和FeSi结构。FeSi的形成时间与合金的韧-脆转变的临界时间非常接近，意味着FeSi的形成与合金的韧-脆转变之间存有密切的关系，FeSi结构的形成在Fe78Si9B13非晶合金韧-脆转变中起着关键的作用，其形成和消失使该合金从一个非晶状态转变为另一不同的非晶状态。 在高温退火中，Fe-Si-B非晶态合金将会发生更为复杂的、更大程度的结构变化，因为非晶态合金中原子的活动能力更强，同时合金要通过玻璃转变和面临晶化。所以，与原子活动能力密切相关的粘度和热膨胀变化更加明显。在本文中，对Fe78Si9B13非晶态合金条带进行了不同升温速度连续加热的拉伸流变和热膨胀测量，发现在430℃合金发生一个非常明显的结构转变。经过原位XRD检测，分析认为：该转变是α-Fe（Si）的形核过程。同时，实验还表明：Fe78Si9B13非晶态的合金包括低温下的结构弛豫、磁致收缩、高温结构转变以及晶化可由其流变行为和热膨胀很好地反映出来：拉应力促进了合金的晶化；Fe78Si9B13和Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶态合金的拉伸流变随拉伸载荷的加大而加大；合金的粘度特别是在结构转变时粘度随加热速度的增加而明显降低；退火将会减少非晶态合金内部的自由体积，使合金的粘度增加，导致定载荷下的拉伸流变减小；Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶态合金在晶化时的粘度比Fe78Si9B13非晶态合金的低。 在合金晶化时，尽管Fe-Si-B合金的最终稳定相为α-Fe（Si）+Fe2B，但Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9和Fe78Si9B13非晶态合金的初晶的晶化机制却有较大的不同。在本文中，分别采用了DIL和DSC方法分析测试了Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9和

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 本文的创新和主要贡献
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 Fe-Si-B非晶态合金发展历史概述
• 1.3 Fe-Si-B非晶态合金淬态结构研究进展
• 1.3.1 Fe-Si-B非晶态合金的成分
• 1.3.2 Dubois模型和Hamada模型
• 1.3.3 Il'inskii模型
• 1.4 Fe-Si-B非晶态合金结构弛豫研究进展
• 1.5 Fe-Si-B非晶态合金脆化研究进展
• 1.5.1 退火脆性研究进展
• 1.5.2 淬态脆性研究进展
• 1.6 Fe-Si-B非晶态合金流变行为研究进展
• 1.7 Fe-Si-B非晶态合金晶化研究进展
• 1.7.1 FeSiB非晶态合金的晶化
• 1.7.2 FeSiBNbCu非晶态合金的晶化
• 1.8 目前研究Fe-Si-B非晶态合金的主要分析手段
• 1.9 本文研究目的及主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验方案及技术路线
• 2.2 实验材料及试样制备
• 2.3 非晶态合金淬态条带的退火
• 2.4 显微硬度实验
• 2.5 合金韧-脆性弯曲实验
• 2.6 合金电阻变化测试
• 2.7 差示扫描量热分析
• 2.8 扫描电子显微表面及断面观察
• 2.9 X射线衍射分析
• 2.10 热膨胀测量
• 2.11 合金条带的流变测量
• 2.12.透射电子显微组织表征
• 78Si₉B₁₃非晶态合金低温结构弛豫及其性能变化'>第三章 Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金低温结构弛豫及其性能变化
• 3.1 引言
• 78Si₉B₁₃非晶态合金韧-脆转变的起因'>3.2 低温退火中Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金韧-脆转变的起因
• 3.2.1 FeSi类结构的形成
• 3.2.2 韧-脆转变的起因
• 78Si₉B₁₃非晶态合金条带电阻率的波动'>3.3 低温退火中Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金条带电阻率的波动
• 78Si₉B₁₃非晶态合金条带有序结构的演化'>3.4 低温退火中Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金条带有序结构的演化
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 高温退火中Fe-Si-B非晶态合金的拉伸流变、热膨胀行为和结构转变
• 4.1 引言
• 4.2 用流变和热膨胀的方法监测Fe-Si-B非晶态合金的结构变化
• 78Si₉B₁₃非晶态合金的流变行为和热膨胀曲线上的拐点'>4.2.1 Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金的流变行为和热膨胀曲线上的拐点
• 78Si₉B₁₃非晶态合金晶化的影响'>4.2.2 拉应力对Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金晶化的影响
• 4.3 高温退火中Fe-Si-B非晶态合金晶化温度前的结构转变
• 4.4 载荷和加热速度对Fe-Si-B非晶态合金的流变行为的影响
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 Fe-Si-B非晶态合金的结构演化及其初晶晶化收缩
• 5.1 引言
• 5.2 Fe-Si-B合金由淬态非晶到晶化态结构演化
• 73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉和Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金晶化比较'>5.3 Fe_73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉和Fe₇₈Si₉B₁₃非晶态合金晶化比较
• 73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉非晶态合金初晶晶化的影响'>5.3.1 加热速度对Fe_73.5Nb₃Cu₁Si_13.5B₉非晶态合金初晶晶化的影响
• 5.3.2 两合金晶化收缩系数的比较
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 附录
• 附录Ⅰ：攻读博士学位期间发表的论文
• 附录Ⅱ：攻读学位期间获奖情况