Fe基_Ni基非晶丝性能表征及拉伸断裂强度研究

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1、硕士学位论文Fe基/Ni基非晶丝性能表征及拉伸断裂强度研究PERFORMANCECHARACTERIZATIONANDTENSILEFRACTURESTRENGTHOFFe-BASED/Ni-BASEDAMORPHOUSWIRES张佳芃哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.22学校代码：10213国际图书分类号：669密级：公开工学硕士学位论文Fe基/Ni基非晶丝性能表征及拉伸断裂强度研究硕士研究生：张佳芃导师：宁志良副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:TG146.22U.D.C:669DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPERFORMANCECHARACTERIZATIONANDTENSILEFRACTURESTRENGTHOFFe-BASED/Ni-BASEDAMORPHOUSWIRESCandidate：ZhangJiapengSupervisor：AssociateProf.NingZhiliangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProces

3、singEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高比强度低密度的镁合金具有诸多优良的性能，但镁合金的低强度和室温脆性等关键性问题制约着其更大的发展空间，外加第二相形成复合材料是改善镁合金力学性能的重要手段。具有小尺寸的非晶纤维作为高强度材料的代表越来越受到人们的重视，且作为增强相进行镁基复合材料的制备尚无大量研究。本课题

4、选用的Fe基和Ni基非晶丝为全金属组元，并且具有较高的晶化温度，因此在受热后不易晶化极有可能作为增强相成功运用于镁基复合材料的制备并且获得较好的界面结合和微观性能。但是目前关于两种非晶丝具体的微观结构，力学特性，受热后内部结构认知较少。因此本课题围绕两种非晶丝，进行了非晶丝的制备，并通过X射线衍射分析、差示扫描量热法、扫描电镜、透射电镜及微型拉伸机等对非晶丝微观性能进行了表征并对非晶丝退火前后拉伸断裂强度进行了研究。采用熔体抽拉法制备了Fe基和Ni基非晶丝。选取抽拉辊轮转速为1700r/min，进给速度区间为30-70μm/min时，制得的非晶纤维基本不含抽拉法工艺

5、固有特点带来的诸如瑞利波和沟槽等缺陷。非晶丝表面光滑，单根长度平均可达1m，截面圆整，直径40μm左右，成分分布均匀。热分析结果表明Fe基非晶丝玻璃转化温度Tg为834K，Ni基非晶丝玻璃转化温度Tg为966K。两种成分非晶丝的X射线衍射分析图谱中存在钝化衍射峰，无尖锐晶化峰，表明制备出的丝材为非晶结构。透射电镜中的高分辨照片中无晶化相，原子分布无规律，选区衍射为典型的非晶衍射环，无晶体点阵。Fe基非晶丝磁化曲线呈现出固定斜率的直线形式，无明显的饱和磁化强度，因而反应了Fe基非晶丝特殊的磁学特性。Ni基非晶丝磁化曲线具有典型的回线形状，存在矫顽力为85Oe。非晶丝的

6、应力应变曲线呈现出典型的脆断特征，不含屈服强度平台，亦没有颈缩部分而是加载到一定载荷直接断裂。拉伸断口有两种典型特征。第一种是截面为典型的脉络状断口和平滑无特征区组合的断口，其对应的应力轴与断裂面的夹角为54°。第二种断口截面呈现为放射状断口，其对应的应力轴与断裂面的夹角为86°。Fe基和Ni基非晶丝具有大约3000MPa的断裂强度，Ni基实验样本的数据更为集中。在进行循环加载实验时，二者在应力应变曲线上均出现了一定的残余变形现象。不同应变速率实验结果证明，Fe基最高断裂强度出现在加载速率为5×10-4s-1时，Ni基最高断裂强度出现在1×10-4s-1时。对非晶丝

7、断裂样本数据进行统计学分析，得出了Fe基/Ni基非晶纤维的安全性估计结果，Ni基表现出更高的安全性和可靠性。三参数Weibull拟合结果显示，Fe基非晶丝断裂门槛值为-I-摘要1581.62MPa，Ni基非晶丝为2440.6MPa。显然可见Ni基的材料安全性较高，而Fe基非晶纤维断裂门槛值较小，常在低应力条件下发生毁灭性断裂。基于对数正态分布的拟合结果显示，二者拟合系数均处在接近1的较高值，分别为0.9782（Fe基）和0.9589（Ni基），说明熔体抽拉制备的非晶纤维的拉伸断裂数据符合对数正态分布且拟合效果较好。标准偏差系数s表征了实验数据的离散性，Fe基非晶