冷熱處理對(duì)CuZrAgAl大塊非晶組織及其性能影響.pdf

1、金屬玻璃由于其獨(dú)特的無(wú)序結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)良的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，因而有廣闊的應(yīng)用前景，引起了大量的科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員的極大關(guān)注。就目前發(fā)現(xiàn)，Cu基非晶具有高強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性能，是很有前景的結(jié)構(gòu)材料，因而人們對(duì)Cu基非晶投入了大量的工作。但是由于在宏觀變形過(guò)程中，常常表現(xiàn)為脆性斷裂，這在很大程度上限制了塊體非晶合金的應(yīng)用。因此，采用冷熱處理方法在非晶基體中引起第二相，形成非晶合金復(fù)合材料，以此來(lái)提高合金變形能力的研究受到了很大

2、重視。至今，所報(bào)道的處理工藝主要為退火處理，對(duì)于深冷處理，一般主要應(yīng)用于晶態(tài)合金中，在非晶領(lǐng)域報(bào)道較少。本文對(duì)Cu45Zr45Ag7Al3大塊非晶合金進(jìn)行退火和深冷處理，并研究了其處理后的力學(xué)性能，特別是對(duì)深冷后的疲勞性能進(jìn)行了深入的研究。
　　(1)利用銅模鑄造法制備出了Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金。利用DSC分析了Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金等溫和非等溫情況下的晶化動(dòng)力學(xué)。利用Kissiger方程計(jì)算了Cu45

3、Zr45Ag7Al3非晶合金樣品在非等溫條件下的晶化激活能Eg、Ex和Ep分別為376.8kJ/mol(±12kJ/mol),307.2kJ/mol(±9kJ/mol),339.5kJ/mol(±10kJ/mol)。然而在等溫條件下晶化的平均激活能為413.7kJ/mol，比非等溫條件下要大很多。等溫條件下的局部Avrami指數(shù)為1.82-3.51，等溫晶化過(guò)程為擴(kuò)散控制的三維長(zhǎng)大過(guò)程。741K、746K、751K等溫退火30min后試

4、樣顯示了同鑄態(tài)非晶相似的半月形脈狀紋絡(luò)和熔滴密度。756K等溫退火后試樣斷裂分三個(gè)類(lèi)型，少量半月形脈狀紋路的同時(shí)也有魚(yú)鱗形的脈狀紋路出現(xiàn)，剪切區(qū)表面有低密度脈狀紋絡(luò)同時(shí)存在裂紋，類(lèi)似晶態(tài)材料準(zhǔn)解理斷裂形貌;鋸齒形貌，體現(xiàn)典型脆性斷裂特征。741K溫度下等溫退火后，僅僅得到少量的晶態(tài)相，大部分還是非晶形態(tài);746K下，有少量的晶化相析出，經(jīng)檢測(cè)為Cu10Zr7相;751K溫度下產(chǎn)生了AlCu2Zr和Cu10Zr7相;756K等溫退火后主要

5、晶化相AlCu2Zr、Cu10Zr7和Cu8Zr3相。
　　(2)Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金隨著深冷時(shí)間的延長(zhǎng)熱穩(wěn)定性不斷降低，塑性逐漸增加當(dāng)深冷192小時(shí)后，獲得最大的塑性變形達(dá)到0.50％，當(dāng)深冷240小時(shí)后，合金的塑性下降，幾乎沒(méi)有塑性變形，材料的抗壓強(qiáng)度和硬度呈持續(xù)增加的變化趨勢(shì)，在深冷192小時(shí)后達(dá)到最大值，而抗拉強(qiáng)度卻隨著深冷時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)降低。這是由于在深冷過(guò)程中，壓力降低了臨界晶核的半徑而使得一些富集部分

6、變成了穩(wěn)定可以長(zhǎng)大的晶粒，同時(shí)其壓力導(dǎo)致原子的“運(yùn)輸”，致使非晶合金基體中發(fā)生了晶化轉(zhuǎn)變，由完全非晶轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠志ЩY(jié)構(gòu)，析出了AlCu2Zr和Cu5Zr兩種晶化相，其中Cu5Zr為增強(qiáng)相，AlCu2Zr為脆性相。
　　(3)四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)條件下，鑄態(tài)和經(jīng)過(guò)不同深冷時(shí)間處理后的Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金的四點(diǎn)彎曲疲勞疲勞極限為386MPa、487、355、313和224MPa，疲勞極限和斷裂強(qiáng)度的比值分別為0.26、0.

7、31、0.20、0.16和0.12。疲勞斷口主要分成四個(gè)區(qū)域:裂紋萌生區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)、快速斷裂區(qū)和熔融區(qū)。但深冷24小時(shí)后其較鑄態(tài)合金，其裂紋擴(kuò)展區(qū)面積明顯增大，沒(méi)有出現(xiàn)如同鑄態(tài)非晶合金類(lèi)似的疲勞條帶，這主要是因?yàn)樯罾浜笪龀龅募{米晶體相的原因。同時(shí)，隨著深冷時(shí)間的延長(zhǎng)，有利于提高非晶合金的門(mén)檻值，特別是長(zhǎng)時(shí)間深冷對(duì)合金門(mén)檻值的增強(qiáng)效果最好。深冷24小時(shí)后裂紋擴(kuò)展速率低于鑄態(tài)非晶和其他深冷時(shí)間后的速率。深冷192小時(shí)后Cu45Zr45Ag

8、7Al3非晶合金疲勞過(guò)程中，在裂紋擴(kuò)展時(shí)，裂紋將沿著主剪切帶進(jìn)行傳播隨著應(yīng)力導(dǎo)致的自由體積的增加。自由體積的密度將增加，而且剪切板阻礙剪切變形將減小。隨著變形的進(jìn)一步進(jìn)行，主剪切板擴(kuò)展到AlCu2Zr和Cu5Zr和非晶基體之間，剪切板尖端可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力致使Cu5Zr相轉(zhuǎn)變成B2結(jié)構(gòu)的CuZr相。
　　(4)單軸壓-壓加載下Cu45Zr45Ag7Al3非晶合金的疲勞極限要比三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲加載下的疲勞極限要高;在高于疲勞極限應(yīng)力相

9、同載荷下，兩者的疲勞壽命也有所不同。三點(diǎn)彎曲疲勞斷裂表面形貌和四點(diǎn)彎曲疲勞類(lèi)似，主要包括四個(gè)主要區(qū)域:疲勞裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展、快速斷裂和熔融區(qū)域，且存在著疲勞條帶，其疲勞機(jī)制為形成了剪切帶和自由體積的累積，導(dǎo)致產(chǎn)生了一些空隙，從而促使在該區(qū)域疲勞裂紋的萌生，同時(shí)由于鈍化和重新銳化現(xiàn)象將致使裂紋擴(kuò)展。單軸壓-壓疲勞斷口表面和單軸壓縮試驗(yàn)的斷口形貌類(lèi)似，樣品呈一定傾斜角度斷裂，樣品表面不平整，表面存在著一些可見(jiàn)的裂紋，且無(wú)疲勞條帶，這是由于