制備工藝對(duì)Cu-Zr-Al-Y非晶復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、塊體金屬玻璃因其高強(qiáng)度等優(yōu)良性能倍受關(guān)注，但其低室溫塑性限制了其作為先進(jìn)工程材料的應(yīng)用。目前改善非晶合金塑性的思路是形成非晶復(fù)合材料，而銅模鑄造、退火晶化處理、預(yù)塑性變形是當(dāng)前制備非晶復(fù)合材料的主要方法。內(nèi)生 B2-CuZr/銅鋯基非晶復(fù)合材料因承載時(shí) B2-CuZr（奧氏體）相發(fā)生馬氏體相變而明顯強(qiáng)韌非晶基體，成為非晶材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為此，本文以非晶形成能力強(qiáng)、成本低的 Cu-Zr-Al-Y系合金為研究對(duì)象，制備名義成分為(Cu4

2、7.5Zr47.5Al5)96Y4的非晶合金，通過(guò)XRD、DSC、SEM、EDS顯微組織結(jié)構(gòu)分析和顯微維氏硬度、室溫壓縮性能檢測(cè)，探究冷卻速率、退火、冷軋三種工藝對(duì)(Cu47.5Zr47.5Al5)96Y4非晶合金顯微組織和性能的影響，以期為高性能銅鋯非晶復(fù)合材料的制備提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　采用真空銅模噴鑄制備了直徑2mm、4mm、5mm的(Cu47.5Zr47.5Al5)96Y4合金棒，利用鑄棒直徑大小反映凝固冷卻速率，研究結(jié)果表

3、明：冷卻速率對(duì)合金的非晶形成能力影響較??；冷卻速率的降低(鑄棒直徑增大）會(huì)促進(jìn)B2-CuZr的共析分解。在形態(tài)上，隨著冷卻速率的降低，晶相分布逐漸變得不均勻，粒狀B2-CuZr相聚集粗化并向枝晶發(fā)展，且還會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為不規(guī)則多邊形的共析分解相。在冷卻速率最小的直徑5mm試樣中，甚至發(fā)生B2-CuZr（奧氏體）→B19’-CuZr（馬氏體）轉(zhuǎn)變，并析出 Al2Zr相。析出晶相對(duì)非晶剪切的“阻擋效應(yīng)”和B2-CuZr“相變強(qiáng)韌”效果也隨著冷卻

4、速率降低而下降，非晶復(fù)合材料的強(qiáng)度、塑性均隨之降低。EDS分析發(fā)現(xiàn)Y在析出晶相的中心偏集，有利于促進(jìn)與CuY相有共格關(guān)系的CuZr相析出。本實(shí)驗(yàn)中2mm合金鑄棒獲得單一B2-CuZr相，并且具約1.5％壓縮塑性變形等良好力學(xué)性能。
　　對(duì)直徑2mm試棒進(jìn)行Tg溫度以下593k和643k的不同時(shí)間退火處理，結(jié)果表明：退火時(shí)間的增加或退火溫度的升高，會(huì)使得玻璃轉(zhuǎn)變溫度升高，熱穩(wěn)定性逐漸降低，促進(jìn)B2-CuZr分解為Cu10Zr7+Cu

5、Zr2共析相，削弱B2-CuZr相變對(duì)非晶基體的強(qiáng)化作用，合金塑性降低；而理論上退火引起的合金結(jié)構(gòu)弛豫導(dǎo)致玻璃基質(zhì)自由體積過(guò)度湮滅，引起合金脆性增加。最終，傳統(tǒng)退火處理使鑄態(tài)(Cu47.5Zr47.5Al5)96Y4非晶復(fù)合材料強(qiáng)度和塑性明顯下降。
　　真空噴鑄10.1mm×1.6mm的(Cu47.5Zr47.5Al5)96Y4板條試樣，對(duì)其進(jìn)行1%內(nèi)的微變形量室溫冷軋，研究證實(shí)：微量預(yù)冷軋變形誘發(fā)合金中B2-CuZr、Cu10Z

6、r7相析出，并發(fā)生B2-CuZr(奧氏體)→B19’-CuZr（馬氏體）的轉(zhuǎn)變；預(yù)冷軋變形量的增加會(huì)增加合金的內(nèi)應(yīng)力梯度有助于剪切帶繁殖；此外，B2-CuZr析出也會(huì)增多，相變強(qiáng)化作用增強(qiáng)，從而改善非晶復(fù)合材料的塑性變形能力、提高其強(qiáng)韌性。經(jīng)0.992%預(yù)冷軋變形，(Cu47.5Zr47.5Al5)96Y4非晶復(fù)合材料的壓縮塑性較鑄態(tài)提高1.3%，且抗壓強(qiáng)度有所增加。
　　綜上所述，嚴(yán)格控制凝固冷卻速率，能獲得單一 B2-CuZr