Cu-Zr-Al基非晶合金的超塑性及晶化動(dòng)力學(xué)研究

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1、密級(jí)無分類號(hào)TG139.8XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY碩士學(xué)位論文題目:Cu-Zr-Al基非晶合金的超塑性及晶化動(dòng)力學(xué)研究作者：徐旋旋指導(dǎo)教師：范新會(huì)教授申請(qǐng)學(xué)位學(xué)科：材料加工工程2018年5月6日Cu-Zr-Al基非晶合金的超塑性及晶化動(dòng)力學(xué)研究學(xué)科：材料加工工程研究生簽字：學(xué)校導(dǎo)師簽字：摘要非晶合金因其優(yōu)良而獨(dú)特的性能在眾多領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，Cu-Zr基非晶合金更是具有高玻璃形成能力、高熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。但非晶合金的室溫脆性和應(yīng)變軟化限制了其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，因此利用非

2、晶合金的超塑性進(jìn)行成型加工將有效開發(fā)其應(yīng)用價(jià)值。要實(shí)現(xiàn)非晶合金的超塑性加工，必須掌握非晶合金在過冷液相區(qū)的變形規(guī)律，有效控制非晶合金在承受環(huán)境熱和外力時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)及性能變化。本文采用高溫壓縮實(shí)驗(yàn)研究了(Cu43Zr48Al9)98Y2塊體非晶合金過冷液相區(qū)的變形規(guī)律，采用X射線衍射儀（XRD）及透射電子顯微鏡（TEM）分析了不同變形條件對(duì)(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金組織結(jié)構(gòu)的影響，研究了超塑性變形對(duì)非晶合金力學(xué)性能及熱性能的影響，并運(yùn)用差示掃描量熱分析法對(duì)(Cu43Zr48Al9)(100-x

3、)Yx(x=1,2,3)非晶合金進(jìn)行熱力學(xué)測試，對(duì)(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的非等溫及等溫晶化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算和分析。對(duì)(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金的超塑性變形行為的研究表明：當(dāng)(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金的變形溫度在713K且應(yīng)變速率大于5×10-3s-1時(shí)發(fā)生脆性斷裂。合金在不同的變形條件呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，“分界線”為使合金處于牛頓粘性流體與非牛頓流體狀態(tài)的變形條件的分界線，當(dāng)變形條件在“分界線”以上時(shí)，合金表現(xiàn)為非牛頓粘性流動(dòng)狀態(tài)，

4、當(dāng)變形條件在“分界線”以下時(shí)，合金表現(xiàn)為牛頓粘性流動(dòng)狀態(tài)。不同變形條件下的(Cu43Zr48Al9)98Y2合金，溫度越高或應(yīng)變速率越低時(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變越明顯。變形后樣品的抗壓強(qiáng)度均略低于鑄態(tài)時(shí)的抗壓強(qiáng)度，仍保留著鑄態(tài)時(shí)的高強(qiáng)度特性。隨著變形溫度的升高或應(yīng)變速率的降低，超塑性變形后的合金的晶化溫度Tx降低，過冷液相區(qū)范圍變窄，放熱焓值也降低。(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金發(fā)生晶化的條件是溫度在733K以上及應(yīng)變速率小于等于1×10-3s-1。當(dāng)條件達(dá)到使非晶合金處于牛頓粘性流體狀態(tài)且不發(fā)生晶化時(shí)適合超

5、塑性加工，(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金合適的超塑性加工參數(shù)范圍：變形條件在“分界線”以下，且當(dāng)溫度高于733K時(shí)，應(yīng)變速率必須大于1×10-3s-1。對(duì)(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的非等溫及等溫晶化動(dòng)力學(xué)的研究表明：非等溫條件下，(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的Tg、Tx和Tp隨升溫速率的增加均向高溫方向移動(dòng)，表現(xiàn)出明顯的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，且晶化的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)更為突出。Y含量的變化對(duì)非晶合金的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生了影響，當(dāng)x=

6、2時(shí)，成核和長大過程比x=1時(shí)容易，隨著Y含量的增加(x=3)，成核和長大過程又變得困難。隨著α的增加，(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的局域Avrami指數(shù)隨著α的增加而減小，且在開始階段n>4，結(jié)晶速率較快，結(jié)晶量不斷增加，在后期階段2

7、能隨晶化體積分?jǐn)?shù)的增加而降低。通過計(jì)算Avrami指數(shù)知，三種非晶合金在結(jié)晶過程中晶粒的生長均是由擴(kuò)散控制的三維生長。(Cu43Zr48Al9)99Y1、(Cu43Zr48Al9)97Y3非晶合金在結(jié)晶過程中晶粒的生長主要是伴隨著成核速率增加的小顆粒的生長，(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金在結(jié)晶過程中晶粒的生長主要是伴隨著成核速率減小的晶粒的生長。關(guān)鍵詞：Cu-Zr-Al基非晶合金；超塑性；晶化行為；動(dòng)力學(xué)Studyonsuperplasticityandcrystallizationkineti

8、csofCu-Zr-AlbasedamorphousalloysDiscipline:MaterialprocessingengineeringStudentSignature:SupervisorSignature:AbstractAmorphousalloyshavegreatpotentialforapplicationinmanyfieldsbecauseoftheirexcellentandunique