Cu-Zr-Al基非晶合金的超塑性及晶化动力学研究

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1、密级无分类号TG139.8XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:Cu-Zr-Al基非晶合金的超塑性及晶化动力学研究作者：徐旋旋指导教师：范新会教授申请学位学科：材料加工工程2018年5月6日Cu-Zr-Al基非晶合金的超塑性及晶化动力学研究学科：材料加工工程研究生签字：学校导师签字：摘要非晶合金因其优良而独特的性能在众多领域有巨大的应用潜力，Cu-Zr基非晶合金更是具有高玻璃形成能力、高热稳定性等优良性能。但非晶合金的室温脆性和应变软化限制了其在工程领域的应用，因此利用非

2、晶合金的超塑性进行成型加工将有效开发其应用价值。要实现非晶合金的超塑性加工，必须掌握非晶合金在过冷液相区的变形规律，有效控制非晶合金在承受环境热和外力时产生的结构及性能变化。本文采用高温压缩实验研究了(Cu43Zr48Al9)98Y2块体非晶合金过冷液相区的变形规律，采用X射线衍射仪（XRD）及透射电子显微镜（TEM）分析了不同变形条件对(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金组织结构的影响，研究了超塑性变形对非晶合金力学性能及热性能的影响，并运用差示扫描量热分析法对(Cu43Zr48Al9)(100-x

3、)Yx(x=1,2,3)非晶合金进行热力学测试，对(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的非等温及等温晶化动力学进行了计算和分析。对(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金的超塑性变形行为的研究表明：当(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金的变形温度在713K且应变速率大于5×10-3s-1时发生脆性断裂。合金在不同的变形条件呈现不同的状态，“分界线”为使合金处于牛顿粘性流体与非牛顿流体状态的变形条件的分界线，当变形条件在“分界线”以上时，合金表现为非牛顿粘性流动状态，

4、当变形条件在“分界线”以下时，合金表现为牛顿粘性流动状态。不同变形条件下的(Cu43Zr48Al9)98Y2合金，温度越高或应变速率越低时结构转变越明显。变形后样品的抗压强度均略低于铸态时的抗压强度，仍保留着铸态时的高强度特性。随着变形温度的升高或应变速率的降低，超塑性变形后的合金的晶化温度Tx降低，过冷液相区范围变窄，放热焓值也降低。(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金发生晶化的条件是温度在733K以上及应变速率小于等于1×10-3s-1。当条件达到使非晶合金处于牛顿粘性流体状态且不发生晶化时适合超

5、塑性加工，(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金合适的超塑性加工参数范围：变形条件在“分界线”以下，且当温度高于733K时，应变速率必须大于1×10-3s-1。对(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的非等温及等温晶化动力学的研究表明：非等温条件下，(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的Tg、Tx和Tp随升温速率的增加均向高温方向移动，表现出明显的动力学效应，且晶化的动力学效应更为突出。Y含量的变化对非晶合金的结晶动力学产生了影响，当x=

6、2时，成核和长大过程比x=1时容易，随着Y含量的增加(x=3)，成核和长大过程又变得困难。随着α的增加，(Cu43Zr48Al9)(100-x)Yx(x=1,2,3)非晶合金的局域Avrami指数随着α的增加而减小，且在开始阶段n>4，结晶速率较快，结晶量不断增加，在后期阶段2

7、能随晶化体积分数的增加而降低。通过计算Avrami指数知，三种非晶合金在结晶过程中晶粒的生长均是由扩散控制的三维生长。(Cu43Zr48Al9)99Y1、(Cu43Zr48Al9)97Y3非晶合金在结晶过程中晶粒的生长主要是伴随着成核速率增加的小颗粒的生长，(Cu43Zr48Al9)98Y2非晶合金在结晶过程中晶粒的生长主要是伴随着成核速率减小的晶粒的生长。关键词：Cu-Zr-Al基非晶合金；超塑性；晶化行为；动力学Studyonsuperplasticityandcrystallizationkineti

8、csofCu-Zr-AlbasedamorphousalloysDiscipline:MaterialprocessingengineeringStudentSignature:SupervisorSignature:AbstractAmorphousalloyshavegreatpotentialforapplicationinmanyfieldsbecauseoftheirexcellentandunique