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NiTiZrAlCuSi合金的玻璃形成能力及断裂行为

2020-11-23阅读(399)

NiTiZrAlCuSi合金的玻璃形成能力及断裂行为

论文摘要

本文以Ni基合金为研究对象,设计Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5（at.%）块体非晶合金成分,对其在过冷液相区内的晶化行为及在室温下的单轴压缩力学行为进行了系统研究。应用二元共晶比例混合法设计了Ni41Ti25.3Zr25.3Al8.4四元Ni基非晶合金成分,以钨极电弧炉熔炼、铜模铸造工艺制备出直径0.5 mm的非晶样品。通过金属元素Cu替换Ti方式进行成分优化,获得最大玻璃形成能力为直径1 mm的Ni41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5非晶合金。对Cu添加有益于提高Ni41Ti25.3-xZr25.3Al8.4Cux （x = 1, 3, 5, 6, at.%）合金系的玻璃形成能力进行了分析。在五元非晶合金的基础上进一步增加体系的混乱程度,采用类金属元素Si替换元素Zr,获得六元Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金,其最大玻璃形成能力为直径4 mm的非晶样品。分析了Si元素添加有效地提高Ni41Ti20.3Zr25.3-xAl8.4Cu5Six（x = 2.5, 3.5, 4.5, at.%）合金系玻璃形成能力的作用。对不同升温速率下Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金的变温晶化行为研究表明:DSC热分析曲线展示单一晶化反应的放热峰;升温速率越高,晶化程度越弱,透射电镜图像中体现较少数量及较小尺寸的纳米晶粒。初始晶化激活能为379.339 kJ/mol,表明其具有较大的热稳定性。分析了变温晶化行为。在过冷液相区内的等温晶化行为分析表明:DSC热分析曲线仍然表现单一晶化反应的放热峰。在铸态合金中存在的球形析出物随着等温时间增加而逐渐消失,表示出亚稳相的特征,这表明合金的晶化是在非晶基体上形成纳米晶及从亚稳球形初生相分解的综合作用。研究了不同程度的非晶亚稳结构对Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金压缩力学行为的影响。X-射线衍射、DSC热分析及扫描电镜（SEM）观察表明:直径为2 mm及3 mm的非晶合金样品呈现不同程度的微观非晶结构特征及断裂特征。2 mm非晶样品的单轴压缩应力-应变曲线呈现了2851 MPa的断裂强度及0.5%的塑性应变,而3 mm非晶样品的断裂强度为2724 MPa,塑性应变为零。2 mm及3 mm样品的断裂表面均由平滑的剪切区及凹凸不平的粗糙区组成,但两者的剪切断裂角不同,分别为43.8°和41.8°。对断裂表面形成的粗糙区进行了分析,并对粗糙区内存在的微型塑坑结构进行了解释。应用Argon提出的剪切转变模型分析了不同程度非晶结构诱导不同的塑性变形的

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.2 块体非晶合金形成特征
  • 1.2.1 块体非晶合金形成的结构特征
  • 1.2.2 块体非晶合金形成的热力学特征
  • 1.2.3 块体非晶合金形成的动力学特征
  • 1.3 块体非晶合金的成分设计
  • 1.4 块体非晶合金的晶化行为
  • 1.4.1 非晶合金的晶化动力学
  • 1.4.2 非晶合金的晶化方式
  • 1.5 块体非晶合金的室温断裂行为
  • 1.6 Ni 基非晶合金的研究现状
  • 1.7 学位论文的主要内容
  • 第2章 材料制备与实验方法
  • 2.1 Ni 基非晶合金材料制备
  • 2.1.1 非晶合金成分的确定
  • 2.1.2 Ni 基块体非晶的制备
  • 2.2 微观结构分析测试
  • 2.2.1 热分析
  • 2.2.2 X 射线衍射分析
  • 2.2.3 扫描电镜分析
  • 2.2.4 透射电镜分析
  • 2.2.5 原子力显微镜分析
  • 2.3 力学性能测试
  • 第3章 NiTiZrAlCuSi 块体非晶合金成分设计
  • 3.1 前言
  • 41Ti25.3Zr25.3Al8.4非晶合金'>3.2 Ni41Ti25.3Zr25.3Al8.4非晶合金
  • 41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5 非晶合金'>3.3 Ni41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5非晶合金
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5 非晶合金'>3.4 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金
  • 41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5 合金玻璃形成能力的影响'>3.4.1 Si 对Ni41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5合金玻璃形成能力的影响
  • 3.4.2 Si 提高NiTiZrAlCu 合金玻璃形成能力机理
  • 3.5 本章小结
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金晶化行为'>第4 章 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金晶化行为
  • 4.1 前言
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5 块体非晶合金晶化动力学'>4.2 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金晶化动力学
  • 4.2.1 非晶合金变温晶化动力学效应
  • 4.2.2 非晶合金变温晶化激活能
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5 块体非晶合金变温晶化行为'>4.3 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金变温晶化行为
  • 4.3.1 非晶合金变温晶化XRD 分析
  • 4.3.2 非晶合金变温晶化TEM 分析
  • 4.3.3 非晶合金变温晶化行为分析
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5 块体非晶合金的等温晶化行为'>4.4 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金的等温晶化行为
  • 4.4.1 非晶合金等温晶化工艺的选择
  • 4.4.2 非晶合金等温晶化DSC 分析
  • 4.4.3 非晶合金等温晶化XRD 分析
  • 4.4.4 非晶合金等温晶化TEM 分析
  • 4.4.5 非晶合金等温晶化行为分析
  • 4.5 本章小结
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金压缩断裂行为'>第5章 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金压缩断裂行为
  • 5.1 前言
  • 5.2 块体非晶合金压缩试样的结构表征
  • 5.3 块体非晶合金压缩断裂特征
  • 5.3.1 压缩断裂性能
  • 5.3.2 压缩断口形貌特征
  • 5.4 块体非晶合金压缩断裂行为分析
  • 5.4.1 2 mm 和3 mm 样品压缩性能
  • 5.4.2 非晶压缩断裂机制
  • 5.4.3 塑坑形成
  • 5.5 本章小结
  • 41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金动态裂纹扩展及弹性波'>第6章 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5块体非晶合金动态裂纹扩展及弹性波
  • 6.1 前言
  • 6.2 压缩断裂的动态裂纹扩展行为
  • 6.2.1 2 mm 样品压缩断裂的动态裂纹扩展形貌特征
  • 6.2.2 3 mm 样品压缩断裂的动态裂纹扩展形貌特征
  • 6.3 压缩断裂的动态裂纹扩展分析
  • 6.3.1 2 mm 样品压缩断裂的动态裂纹扩展分析
  • 6.3.2 3 mm 样品压缩断裂的动态裂纹扩展分析
  • 6.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢
  • 个人简历

    • 相关论文文献

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