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《MgCuGdAl塊體非晶合金的形成能力及力學(xué)行為研究》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。
1、鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文Mg-Cu-Gd（-Al）塊體非晶合金的形成能力及力學(xué)行為研究姓名：耿家源申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：材料加工工程指導(dǎo)教師：關(guān)紹康;孫玉峰20070420鄭卅l大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要塊體非晶合金具有高的強(qiáng)度、硬度、優(yōu)異的耐磨性，因而吸引了廣大材料工作者對(duì)其進(jìn)行了大量的理論和應(yīng)用研究。在各種塊體非晶合金中，鎂基塊體非晶合金的玻璃形成能力強(qiáng)、比強(qiáng)度高且價(jià)格優(yōu)廉，被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)材料。然而，與晶態(tài)合金相比，無論是基礎(chǔ)理論，還是宏觀性能和應(yīng)用方面，都還存在很多問題有待解決。目前，鎂基塊體非晶合金的形成和力學(xué)性能的研究還很不系統(tǒng)，尤其在變形、斷裂及微
2、觀機(jī)制等方面的研究仍存在很多的爭(zhēng)議，因而需要進(jìn)一步深入研究。本文以鎂基塊體非晶合金為研究對(duì)象，采用x射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、光學(xué)顯微鏡(OM)以及帶能譜分析(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段，通過對(duì)合金壓縮性能和磨損性能的測(cè)試，研究了Al對(duì)Mg．Cu．Gd塊體非晶合金玻璃形成能力、室溫壓縮性能及磨損性能的影響，同時(shí)采用壓痕法對(duì)合金的微區(qū)力學(xué)性能和變形行為進(jìn)行了測(cè)試和分析，并利用該合金系研究塊體非晶合金的變形、斷裂及磨損機(jī)理。研究表明：M965Cu25Gdlo合金具有較強(qiáng)的玻璃形成能力，利用銅模噴鑄法可制備出直徑8mm的完全非晶樣
3、品；用適量的AJ代替合金中Cu能保持合金良好的玻璃形成能力，含3％A1時(shí)可制備出最小6mm的完全非晶合金棒；但Al含量增加到5％時(shí)，合余的GFA急劇下降，只能得到2mm的完全非晶合金棒。在M965Cu25乒kGdl0血=0，1，3和5at．％)合會(huì)中，隨著Al含量的增加，合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度提高而晶化溫度逐漸降低，導(dǎo)致合金的過冷液相區(qū)減小，合金的GFA也相應(yīng)下降。另外，R。、&、K、T及△，等參數(shù)值也能在一定程度上反映Mg—Cu—Gd(-A1)合金的GFA變化。在Mg．Cu．Gd合金中加入A1后，破壞了合金過冷液體的穩(wěn)定，促進(jìn)了競(jìng)爭(zhēng)晶體AICuGd三元相和其它晶體相
4、的析出，從而導(dǎo)致合金的玻璃形成能力下降。加入5％A1后，合金的成分顯著偏離共晶成分點(diǎn)，因而玻璃形成能力急劇降低。利用Instron拉伸試驗(yàn)機(jī)研究M965Cu25勰l如dlo0=0，l，3和5at．％)塊體非晶合金室溫壓縮性能，結(jié)果表明：塊體非晶合金隨Al含量的增加，其抗壓強(qiáng)度逐漸提高，用3％的Al置換合金中的Cu在有效提高強(qiáng)度的同時(shí)，顯著改善了非晶合金的塑性，合金的斷裂強(qiáng)度和塑性應(yīng)變分別達(dá)到898MPa和0．2％。斷口分析表明，M965Cu25Gdlo塊體非晶合金的斷口上只有少量的剪切帶擴(kuò)展，而M965Cu22A13Gdlo塊體非晶合金在鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要應(yīng)
5、力作用下通過自由體積的聚集和合并形成大量的剪切帶，這些剪切帶相互交割和分枝，從而顯著提高了塑性。加Al抑制了裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展也是塑性提高的重要原因。研究還發(fā)現(xiàn)，M965Cu25Gdlo和M965Cuz4AllGdlo塊體非晶合金的斷裂方式為典型的脆性斷裂，但其斷口上存在納米尺度的“韌窩”結(jié)構(gòu)，從而說明塊體非晶合金的脆性斷裂具有微觀的韌性機(jī)制。顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果表明：加載5s時(shí)，Mg．Cu-Gd(．A1)塊體非晶合金的顯微硬度值波動(dòng)較大，加載時(shí)間達(dá)到10s后硬度值趨于穩(wěn)定。說明塊體非晶合金達(dá)到穩(wěn)定的彈、塑性變形需要一定的時(shí)間。Mg基非晶合金的足較低，壓頭壓入后可能會(huì)發(fā)
6、生蠕變，但在本試驗(yàn)條件下并不明顯。載荷小于2009時(shí)，Mg—Cu-Gd(一AI)塊體非晶合金的顯微硬度值較高，載荷達(dá)到2009以后，顯微硬度值趨于穩(wěn)定，可能的原因是載荷較小時(shí)，沒有超過剪切帶開動(dòng)抗力，限制了大量剪切帶的形成和擴(kuò)展，顯微硬度較高。因而選用載荷5009下保壓15s作為顯微硬度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。隨著Al含量的增加，Mg—Cu．Gd(．AI)塊體非晶合金的顯微硬度逐漸增加，不含A1時(shí)合金的硬度為242HV，當(dāng)含5％Al時(shí)合金的硬度值達(dá)到最大271HV。分析其原因是Al與合金各組元之間的相互作用力較強(qiáng)，導(dǎo)致塊體非晶合金的表面壓入抗力顯著提高。顯微壓痕法是近年來
7、出現(xiàn)的一種測(cè)試材料微區(qū)力學(xué)性能和變形行為的新方法，本文利用顯微壓痕法、掃描電鏡等研究了鎂基塊體非晶合金的微區(qū)變形行為。當(dāng)載荷較小時(shí)，在上部表面壓痕的一條棱線邊緣出現(xiàn)了半圓弧狀滑移臺(tái)階，這是由于變形時(shí)剪切帶擴(kuò)展到表面而形成的，當(dāng)載荷達(dá)到10009時(shí)，M965Cu22A13Gdlo塊體非晶合金三條棱線邊緣都出現(xiàn)了這種滑移臺(tái)階。不同載荷下，塊體非晶合金界面變形區(qū)內(nèi)剪切帶擴(kuò)展類型以半圓弧狀一次剪切帶為主，同時(shí)存在與之相切或呈450的放射狀二次剪切帶。與M96sCu25Gdlo塊體非晶合金相比，M965cu22A13Gdlo塊體非晶合金在較大載荷下(10009)還出現(xiàn)了與上
8、表面垂直的
