Ti基非晶内生β-Ti复合材料的微观组织和能量状态的研究

作     者：孙晓坤 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李文

授予年度：2023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：非晶内生复合材料 高温相变 能量状态 热稳定性 

摘      要：非晶合金因其长程无序结构特征而具有独特的性能,但由于其室温下无明显宏观拉伸塑性,从而限制其广泛应用。通过在非晶相中析出晶体相形成非晶内生复合材料而获得优异的力学性能。非晶复合材料的热稳定性和相转变同样是非平衡金属材料的重要研究内容,对这类材料的实际应用具有重要意义。本文以(TiZrCuBe)Co(x=3,1)非晶复合材料(即BT48-Co3和BT48-Co1)为研究对象,系统研究了Ti基内生复合材料的铸态微观组织以及在加热过程中的热稳定性和高温组织形貌。通过制备不同尺寸和成分的Ti基非晶内生复合材料,研究冷却速率和成分对其微观组织的影响规律。当冷却速率较高时,非晶内生复合材料中枝晶相的尺寸和体积分数都随着冷却速率的降低而增大,稳定β-Ti的元素在枝晶中的含量也会随之降低。但是当冷却速率较低时,过冷液相和枝晶相将达到两相准平衡,枝晶相会继续发生熟化,但其体积分数和成分将不再随着冷却速率的改变而改变。通过对比不同冷却速率和Co含量的非晶复合材料的特征温度以及β-Ti中的成分,对其热稳定性进行研究。随着冷却速率的降低,非晶复合材料中等温ω-Ti析出温度随之降低,而当Co含量降低时,其转变温度也会明显降低,这说明降低冷却速率和Co含量都会降低β-Ti的稳定性。通过对不同冷速的BT48-Co3和BT48-Co1非晶复合材料在不同加热阶段能量变化分析,发现冷却速率和Co含量对能量变化的影响较大。降低非晶内生复合材料的冷却速率,其弛豫焓、晶化焓以及熔化焓均降低,非晶复合材料随着冷却速率的降低会趋于更稳定的状态。Co含量降低却会导致非晶复合材料弛豫焓、晶化焓和熔化焓的增加,有利于非晶复合材料储能。通过将BT48-Co3和BT48-Co1非晶复合材料加热至每个相变结束的温度,对其进行一系列的微观组织表征,来探究非晶复合材料在高温下的组织结构的特点。研究表明,随着温度的升高,在玻璃化转变温度之前,这类非晶复合材料中的β-Ti会首先转变为无明显变化的ω-Ti,然后在随后的加热过程中ω-Ti会再次转变回β-Ti。在晶化阶段时,非晶复合材料中的β-Ti会部分转变针状和片层状的成α-Ti,而非晶基体也会析出高温下更为稳定的CuZr金属间化合物。随着温度的继续升高,α-Ti又会重新转变为β-Ti,而且在更高的温度下非晶基体也会析出BeZr金属间化合物。通过将BT48-Co3在不同升温速率和不同降温速率下比较,来研究升温速率对结构重组和粘度的影响。而对于BT48-Co3来说,在升温速率较慢的过程中会先经历玻璃转变形成过冷液相区,然后其中的非晶相会发生晶化,形成结晶相,最后达到熔点变成液体。玻璃转变温度和起始晶化温度随着降温速率的升高向高温方向移动。