NiTiZrAlCuSi合金的玻璃形成能力及斷裂行為.pdf

1、本文以 Ni基合金為研究對象，設(shè)計 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5（at.％）塊體非晶合金成分，對其在過冷液相區(qū)內(nèi)的晶化行為及在室溫下的單軸壓縮力學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　應(yīng)用二元共晶比例混合法設(shè)計了Ni41Ti25.3Zr25.3Al8.4四元Ni基非晶合金成分，以鎢極電弧爐熔煉、銅模鑄造工藝制備出直徑0.5 mm的非晶樣品。通過金屬元素Cu替換Ti方式進(jìn)行成分優(yōu)化，獲得最大玻璃形成能力為直徑1 m

2、m的Ni41Ti20.3Zr25.3Al8.4Cu5非晶合金。對Cu添加有益于提高Ni41Ti25.3-xZr25.3Al8.4Cux(x=1,3,5,6, at.％)合金系的玻璃形成能力進(jìn)行了分析。在五元非晶合金的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加體系的混亂程度，采用類金屬元素Si替換元素Zr，獲得六元Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金，其最大玻璃形成能力為直徑4 mm的非晶樣品。分析了Si元素添加有效地提高Ni41Ti

3、20.3Zr25.3-xAl8.4Cu5Six(x=2.5,3.5,4.5, at.％)合金系玻璃形成能力的作用。
　　對不同升溫速率下 Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金的變溫晶化行為研究表明：DSC熱分析曲線展示單一晶化反應(yīng)的放熱峰；升溫速率越高，晶化程度越弱，透射電鏡圖像中體現(xiàn)較少數(shù)量及較小尺寸的納米晶粒。初始晶化激活能為379.339 kJ/mol，表明其具有較大的熱穩(wěn)定性。分析了變溫晶化行

4、為。在過冷液相區(qū)內(nèi)的等溫晶化行為分析表明：DSC熱分析曲線仍然表現(xiàn)單一晶化反應(yīng)的放熱峰。在鑄態(tài)合金中存在的球形析出物隨著等溫時間增加而逐漸消失，表示出亞穩(wěn)相的特征，這表明合金的晶化是在非晶基體上形成納米晶及從亞穩(wěn)球形初生相分解的綜合作用。
　　研究了不同程度的非晶亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)對Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5塊體非晶合金壓縮力學(xué)行為的影響。X-射線衍射、DSC熱分析及掃描電鏡（SEM）觀察表明：直徑為2 mm

5、及3 mm的非晶合金樣品呈現(xiàn)不同程度的微觀非晶結(jié)構(gòu)特征及斷裂特征。
　　2 mm非晶樣品的單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)了2851 MPa的斷裂強(qiáng)度及0.5%的塑性應(yīng)變，而3 mm非晶樣品的斷裂強(qiáng)度為2724 MPa，塑性應(yīng)變?yōu)榱恪? mm及3 mm樣品的斷裂表面均由平滑的剪切區(qū)及凹凸不平的粗糙區(qū)組成，但兩者的剪切斷裂角不同，分別為43.8°和41.8°。對斷裂表面形成的粗糙區(qū)進(jìn)行了分析，并對粗糙區(qū)內(nèi)存在的微型塑坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解釋。應(yīng)用

6、Argon提出的剪切轉(zhuǎn)變模型分析了不同程度非晶結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)不同的塑性變形的作用機(jī)制。利用適用于拉伸斷裂的橢圓準(zhǔn)則合理解釋了非晶合金的壓縮斷裂機(jī)制。
　　在具有0.5%塑性的2 mm Ni41Ti20.3Zr21.8Al8.4Cu5Si3.5非晶合金樣品的粗糙斷裂區(qū)發(fā)現(xiàn)具有反射特征的周期性波紋。掃描電鏡觀察表明：此彈性波紋是由于動態(tài)裂紋前端與裂紋速度超過一定極限值時形成的裂紋分支線內(nèi)的相對多的顯微裂紋異質(zhì)相互作用而形成。在2 mm樣品的