锆基非晶合金的制备工艺研究

作     者：高凯雄 gaokaixiong

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：寇生中

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：非晶合金 熔体过热处理 冷却速率 热稳定性 力学性能 剪切带 

摘      要：本文主要研究了熔体过热处理、冷却速率和Nb元素的添加对Zr基非晶合金的形成能力、热稳定性和力学性能的影响以及作用机理。 实验采用磁悬浮-铜模吸铸法在不同铸造功率(5kw、6kw、7kw)和保温时间(0.5min、1min、3min、5min)下制备了直径为3mm的ZrCuAlNiNb合金;在相同铸造功率和保温时间下，制备了直径分别为3mm、4mm、6mm的ZrCuAlNiNb和Zr49.5Cu27Ni4.5Al9Nb10阶梯型合金;同时制备了(ZrAlNiCu)00-xNb(x=0,7,7.5,8,8.5,9)合金试样。分别采用X射线衍射仪、示差扫面热分析仪、万能试验机及扫描电镜等检测设备对试样进行了结构分析、热稳定性分析、压缩试验和断口形貌分析。 结果表明：铸造温度升高可以提高非晶的形成能力和热稳定性。在铸造温度及冷却速率等条件不变的情况下，随着保温时间的延长，非晶合金的形成能力和热稳定性降低。当铸造功率为6kw，保温时间为0.5min时，在此条件下制备的ZrCuAlNiNb合金的压缩断裂强度达到1955MPa，塑性达到2.94%。对于特定成分的非晶合金，存在一个最佳的铸造温度及保温时间，即在此铸造条件下制备的非晶合金的压缩断裂强度最高，塑性最好，非晶合金的力学性能在一定程度上可由铸造条件控制。 ZrCuAlNiNb的Ф3mm、Ф4mm、Ф6mm合金均为非晶态。当直径为Ф4mm时，合金压缩断裂强度最高达到1921MPa，当直径为Ф3mm时，合金的塑性应变为1.36%，断裂强度为1875MPa，表现了良好的综合力学性能。ZrCu7NiAlNb0合金直径为Ф3mm和Ф4mm时，合金为非晶态;直径为Ф6mm时，从非晶基体中析出了少量的晶体相。当直径为Ф3mm时，合金的压缩断裂强度达1803MPa，当直径为Ф4mm时，合金的压缩断裂强度和塑性应变分别为1732MPa和1.52%，表现了良好的综合力学性能。冷却速率对非晶合金的形成能力、力学性能和组织有很大的影响，与大直径非晶合金相比，具有相同化学成分的小尺寸的非晶合金表现出更为优异的塑性和良好的压缩断裂强度。 (ZrAlNiCu)00-xNb(x=0,7,7.5,8,8.5,9)合金，均为非晶态。随着Nb含量增加，玻璃化转变温度Tg及晶化开始温度Tx呈先上升后下降的趋势，导致了合金过冷液相区ΔTx和参数γ的变化趋势呈现出先升后降。制备的(ZrAlNiCu)Nb非晶合金的压缩断裂强度和塑性应变量分别达到1975Mpa和5.52%，断口侧面出现大量剪切带，形成多重剪切。适量的Nb元素添加能提高Zr基非晶合金的形成能力、热稳定性、压缩断裂强度和塑性变形能力。