tizrnicube块体非晶合金的形成及性质研究

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1、摘要摘要块体非晶合金由于长程无序短程有序结构而具有优异的力学性能和独特的物理、化学性能，己成为材料科学领域发展的热点之一。本文从热力学角度探讨了Ti．Zr-Ni三元合金系非晶形成范围，在此基础上，结合相图和AInoue的“三个经验准则”分析了Ti．Z卜Ni．Cu—Be系合余的非晶形成能力；系统研究了Ti40zr25Ni8cu9Bel8块体非晶合金的形成、晶化、力学性能及变形断裂机理等；并采用掺杂的方法，研究了Nb、Ta合金化对Ti40Zr25Ni3Cu9BeI8块体非晶合金的铸态组织和性能的影响。利用多元化学短程序畴(

2、MCSR0)热力学模型分析了Ti—Zr-Ni三元合金系非晶形成范围为Ti=0．3．0．5，Zr=0．3．O．5，Ni=0．1-0．25。采用电弧熔炼及吸铸法制备了直径3mm的Ti40Zr25Ni8Cu9BeI8块体非晶台会，其玻璃化转变温度靠和晶化开始温度矗1分别为599K和653K，过冷液相区宽度△疋、约化玻璃转变温度Lg(形孔)和y参数值分别为54K、O．588和0．404；室温压缩屈服强度、抗压强度、塑性应变及弹性模量分别为1555MPa、1760MPa、4．4％并1178GPa；且沿与加载方向呈4l。夹角断裂，

3、断面形貌为沿剪切方向发展得很好的剪切韧窝。晶化动力学研究表明，Ti40Zrz5Ni8CugBel8块体非晶合金的玻璃化转变和晶化行为具有显著的动力学特征，且晶化为二级晶化过程，一级晶化为准晶相从非晶基体中析出，二级晶化反应包括准晶](1j---+Laves相和Laves相从残余非晶基体中直接析出；其结构弛豫激活焓黾为201．78KJ／mol，表观晶化激活能epl、岛2分别为213．04KJ／tool和378．55KJ／tool；少量Nb元素的添加(<5％)促进了准晶相的柝出，但Nb含量进一步增加(>5％)，CuTi相则

4、优先析出：随着Nb含量(0-10％)的增加，块体Ti-Zr-Ni—Cu-Be-Nb合会(q)3mm)的铸态组织依次为：非晶(Nb0)一非品+准晶(Nb3—5)一非晶(Nb8)一非晶+Cum纳米晶(Nbl0)；当Nb含量为8％时，合金表现出相对较好的力学性能，其抗压强度和塑性应变分别为1969MPa和西北工业大学工学硕士学位论文1．93％：Ta(0-8％)的加入，促进了准晶相、CuTi2相和bccD—Ti固溶体的析出；随着Ta含量(0-8％)的增加，块体Ti．Zr．Ni-Cu．Be．Ta合金(中3mm)的铸态组织依次为：

5、非晶(Ta0—3)一非晶+准晶q-CuTi2(Ta5)---,tk晶+准晶+CuYi2+B．Ti枝晶(Ta8)；当Ta含量为5％时，纳米准晶的析出使其断裂强度提高到1856MPa，随着Ta含量(5-8％)的进一步提高，虽然在非晶基体上析出了韧性B．Ti枝晶相，但由于准晶相和CuTi2相的长大导致铸态合金的强度和塑性大幅下降。关键词钛合金；块体非晶合金；非晶形成能力；热稳定性；晶化行为；组织：性能lI摘要ABSTRACTBulkamorphousalloysareofscientificinterestinmateria

6、lsciencefieldduetotheiruniquemechanical，physicalandchemicalpropertiesassociatedwiththelong．rangedisorderandshort—rangeorderatomicstructure．Inthispaper,WepredictedtherangeinTi—Zr-Niternarysysteminwhichbulkmetallicglassescanbeformedbasedonthermodynamics；further,we

7、analyzedtheglassformingabilityofTi．Zr-Ni．Cu．BesystemcombiningphasediagramanalysisandA．Inoue“Sthreeempiricalrules”Andthen，glassformingability,thermalstability,crystallizationbehavior,mechanicalpropertiesandcompressivefracturemechanismofTi40Zr25NisCu9Bel8bulkamorp

8、housalloytogetherwiththeeffectsofNbandTaadditiononthemicrostructureandpropertiesofitwereallresearchedindetml．Accordingtothemulti-chemicalshort—rangeorderdomain(MCSRO)