鑄態(tài)內(nèi)生塑性晶體相-大塊金屬玻璃復(fù)合材料研究.pdf

1、本論文研究了Zr基鑄態(tài)內(nèi)生塑性晶體相/大塊金屬玻璃（BMG）復(fù)合材料的制備、組織與性能，并就樹(shù)枝晶的球化機(jī)理、β相樹(shù)枝晶球化處理工藝、球晶/BMG復(fù)合材料制備、形變過(guò)程中球晶與剪切帶之間的相互作用形式，以及塑性球晶/BMG復(fù)合材料變形過(guò)程中的多剪切帶形成機(jī)制等問(wèn)題展開(kāi)了系統(tǒng)研究。主要工作包括以下幾個(gè)方面：（1）分別采用熔體水淬和低壓鑄造/水冷銅模急冷成形的方法制備了Zr<,56.2>Ti<,13.8>Nb<,5.0>Cu<,6.9>Ni

2、<,5.6>Be<,12.5>鑄態(tài)內(nèi)生β-Zr（Ti，Nb）枝晶/BMG復(fù)合材料w和M。W中的β相呈發(fā)達(dá)的樹(shù)枝狀，體積分?jǐn)?shù)約為30％；M中的β相為細(xì)小的等軸晶，體積分?jǐn)?shù)約為20％。室溫單軸壓縮時(shí)，W的屈服強(qiáng)度約為1200 Mpa，斷裂塑性應(yīng)變?yōu)?0.2％；而M的屈服強(qiáng)度達(dá)到了1450 Mpa，但其斷裂塑性應(yīng)變僅為7％。W和M中的β相的形貌、尺寸與體積分?jǐn)?shù)的差異原因在于制備冷卻速率不同；不同的微觀組織特性又使得它們具有不同的力學(xué)性能。相對(duì)

3、多而粗大的β相有利于復(fù)合材料室溫塑性應(yīng)變的提高，但隨著β相體積分?jǐn)?shù)增加，材料的屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。（2）鑒于內(nèi)生晶體相形貌對(duì)復(fù)合材料性能影響顯著，設(shè)計(jì)了內(nèi)生塑性球晶/BMG復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)和制備方法，并成功制備了Zr<,56.2>Ti<,13.8>Nb<,5.0>Cu<,6.9>Ni<,5.6>Be<,12.5>鑄態(tài)內(nèi)生β相球晶/BMG復(fù)合材料S1，球晶相的平均直徑和體積分?jǐn)?shù)分別約為18 pm和30％。室溫壓縮時(shí)，S1的屈服強(qiáng)度和斷

4、裂塑性應(yīng)變分別達(dá)到1325 Mpa和12.0％，極限斷裂強(qiáng)度達(dá)到了1800 Mpa。與化學(xué)成分相同并含有相同體積分?jǐn)?shù)β相枝晶/BMG復(fù)合材料W相比，S1的屈服強(qiáng)度和斷裂塑性應(yīng)變分別提高了13％和20％，（3）將增加晶體相的體積分?jǐn)?shù)與改變晶體相的形態(tài)至團(tuán)球狀同時(shí)應(yīng)用于鑄態(tài)內(nèi)生塑性晶體相/BMG復(fù)合材料的制備過(guò)程，并采用熔體水淬法制備了Zr<,60>Ti<,14.67>Nb<,5.33>Cu<,5.56>Ni<,4.44>Be<,10>近球

5、狀β相/BMG新型復(fù)合材料S2。近球狀β相的平均尺寸和體積分?jǐn)?shù)分別約為20 μm和55％；室溫單軸壓縮時(shí)，S2的極限斷裂強(qiáng)度和斷裂塑性應(yīng)變分別達(dá)到了1890 Mpa和20.1％?？茖W(xué)的成分設(shè)計(jì)和β相球化處理工藝的實(shí)施，是S2開(kāi)發(fā)過(guò)程中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)；高體積分?jǐn)?shù)的β相和其所具有的近球狀形貌，是導(dǎo)致S2大的塑性應(yīng)變的兩個(gè)主要原因。（4）β相的球化轉(zhuǎn)變是一個(gè)自發(fā)的熱力學(xué)過(guò)程，但這一過(guò)程受原子擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)條件控制，其實(shí)現(xiàn)以工藝方法滿足于動(dòng)力學(xué)條

6、件為前提，機(jī)制可以膠態(tài)平衡理論為基礎(chǔ)進(jìn)行闡釋。（5）在S1壓縮試樣表面的球晶相中觀察到了大量的滑移帶，這是塑性晶體相通過(guò)位錯(cuò)滑移發(fā)生塑性變形的直接證據(jù)。這些滑移帶沒(méi)有明顯的方向性，并且能夠直接貫穿球晶/基體界面向玻璃基體中延伸，從而形成具有不同方向的多重剪切帶。擴(kuò)展中的剪切帶遭遇到球晶相時(shí)，被球晶相所停止，造成大量的“胡須”狀多重剪切帶在球晶/基體之間的界面上堆積和新的剪切帶在球晶相周圍的玻璃基體中形成。然而，在經(jīng)歷了同樣塑性應(yīng)變的W壓