鋯基大塊非晶合金室溫塑性變形行為及表面性能研究

《鋯基大塊非晶合金室溫塑性變形行為及表面性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、摘要大塊非晶合金具有優(yōu)異的力學(xué)、物理及化學(xué)性能，具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。然而，承壓載荷下其塑性變形通常不到2％，而拉伸載荷時(shí)延伸率幾乎為零，脆性嚴(yán)重制約了大塊非晶合金作為工程結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。材料(包括非晶合金)的磨損、腐蝕與大多數(shù)的斷裂都與其表面性能密切相關(guān)。因此，系統(tǒng)研究大塊非晶合金室溫塑性變形行為，對(duì)建立完善的非晶合金塑性形變機(jī)制以獲得高塑性變形能力的非晶合金具有重要的科學(xué)價(jià)值；開(kāi)展大塊非晶合金表面摩擦磨損特性以及離子注入表面強(qiáng)化改性研究以提高其表面綜合性能，對(duì)促進(jìn)其工程應(yīng)用也具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文采用銅模真空

2、吸鑄法制備出不同尺寸的Zr62．55Cul7．55Ni9．9A1lo(T1)、Zr64．soCul4．ssNilo．35Allo(T2)及Zr55Cu30Nis舢lo(T3)三種成分大塊非晶合金，采用X射線衍射儀(XRD)、示差掃描量熱儀(DSC)、顯微硬度測(cè)量?jī)x、微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、布洛維光學(xué)硬度計(jì)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡(OM)、微型摩擦磨損儀、X射線光電子能譜儀(ⅫS)等研究了非晶合金的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、超塑性變形及硬度、多軸加載剪切變形行為、表面摩擦磨損行為及離子注入對(duì)非晶合金結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、表面顯微硬度和

3、摩擦磨損行為的作用效應(yīng)，得到如下主要結(jié)論：(1)T1和T2的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和晶化溫度分別為651．5K、748K和646K、750K，顯微硬度分別為693Hv和595Hv；在。10‘4so準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變速率下，尺寸為由2x4mm和1×1x2mm的T1表現(xiàn)出室溫脆性，而相同尺寸的T2經(jīng)歷85．5％工程應(yīng)變，即193．1％真應(yīng)變后尚未斷裂，表現(xiàn)出室溫超塑性，大塊非晶合金塑性對(duì)成分有顯著依賴性；在4．2×10刁sq準(zhǔn)靜力應(yīng)變速率下，尺寸為1xlx2mm的T2真實(shí)塑性變形可達(dá)18．8％，也表現(xiàn)出較大塑性；(2)尺寸為由3x4mm及1xlx2mm

4、的T2在4．2x104s。1至6．0x10弓S以應(yīng)變速率范圍內(nèi)均呈現(xiàn)出室溫超塑性，即經(jīng)歷85．5％I程應(yīng)變或193．1％真應(yīng)變?nèi)詿o(wú)脆斷跡象；隨著應(yīng)變速率的減小，抗壓強(qiáng)度、彈性模量、塑性應(yīng)變、真實(shí)屈服應(yīng)力、應(yīng)力峰間隔、應(yīng)力波動(dòng)、剪切帶滑移間隔等逐漸增大，而工程屈服強(qiáng)度和彈性變廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文形量則逐漸降低：應(yīng)變速率越小，應(yīng)力應(yīng)變曲線上鋸齒狀特性越明顯，合金側(cè)面剪切帶密集度越高；屈服后，表象加工硬化十分明顯，真實(shí)加工軟化和加工硬化交替出現(xiàn)，呈現(xiàn)出先加工軟化后硬化再軟化的變形特征；高徑比越小，抗壓強(qiáng)度、真實(shí)塑性變形量、真實(shí)屈

5、服應(yīng)力、終止應(yīng)力及表象加工硬化程度越小，而屈服強(qiáng)度、彈性模量、彈性應(yīng)變量及剪切帶密度則逐漸增大。(3)洛氏整體壓痕變形中，T1自由變形區(qū)由圓形和放射狀剪切帶構(gòu)成，而T2自由變形區(qū)內(nèi)只出現(xiàn)放射狀剪切帶，在自由變形區(qū)拉伸變形優(yōu)先于壓縮變形產(chǎn)生；洛氏界面壓痕變形后，T1和T2界面變形區(qū)均由半圓形和放射狀剪切帶構(gòu)成，半圓形剪切帶帶間距隨著載荷的增大呈逐漸減小趨勢(shì)；在相同載荷水平，T2非晶合金具有比T1非晶合金更大的變形特征尺寸和剪切帶密集度：．半圓形剪切帶傳遞具有不連續(xù)性而放射狀剪切帶傳遞具有連續(xù)性，表明前者在變形中優(yōu)先形成；壓痕變形區(qū)特

6、征尺寸∞與載荷尸的關(guān)系符合∞=CPn5模型，T1比T2具有較小的比例常數(shù)。(4)T3在經(jīng)載荷為5N、200～1400r／min轉(zhuǎn)速范圍或2～10N載荷范圍、轉(zhuǎn)速500r／min摩擦磨損8分鐘，仍均保持非晶結(jié)構(gòu)；摩擦系數(shù)主要位于0．15~o．35之間，平均摩擦系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，隨載荷的增大而減小，磨損量隨轉(zhuǎn)速和載荷的增大均單調(diào)上升；低轉(zhuǎn)速及小載荷時(shí)傾向于連續(xù)磨損機(jī)理，大轉(zhuǎn)速及大載荷時(shí)更傾向于表面流、粘著及氧化磨損綜合作用機(jī)制。(5)T3在載荷3N、在50～250mm／min滑動(dòng)速度范圍內(nèi)作往復(fù)摩擦磨損50次，平均摩擦系數(shù)位于0

7、．244,--．0．302范圍內(nèi)，隨滑動(dòng)速度增加而增大，磨痕寬度在36--2271am之間，隨滑動(dòng)速度增大逐漸減?。辉?N～5N載荷范圍、以200mm／min滑動(dòng)速度作往復(fù)摩擦磨損50次，平均摩擦系數(shù)位于0．226--4)．348范圍內(nèi)，隨載荷的增大單調(diào)遞減，磨痕寬度在37．8～72．39m之間，隨載荷增加逐漸增大；磨痕呈直線型犁溝，滑動(dòng)速度越小或載荷越大，磨損越嚴(yán)重；低滑動(dòng)速度或大載荷時(shí)，趨向連續(xù)磨損、咬合或咬焊、粘著磨損及磨粒磨損共同作用機(jī)理；滑動(dòng)速度較大或載荷較小時(shí)傾向于輕微咬合或咬焊及連續(xù)磨損。(6)T3非晶合金離子注入后

8、整體仍為非晶結(jié)構(gòu)；離子注入降低非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，增大其過(guò)冷液相區(qū)，晶化方式由一級(jí)晶化行為轉(zhuǎn)變成二級(jí)晶化行為；合金表面發(fā)生了氧化，Zr和舢兩元素在改性層隨深度由氧化態(tài)向金屬態(tài)過(guò)Il摘要度，而Cu和Ni兩元素在改性層中均以金屬態(tài)存在，注入Co元素