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《大连理工大学》 2010年
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热场与磁场对非晶晶化及时效过程的影响

崔立英  
【摘要】: 随着材料工业的发展,对材料的各项性能都提出了更高的要求。对Fe基软磁材料而言,希望其具有更高的软磁性能;对于传统的Al基结构材料而言,期望其能具有更优越的机械性能。而决定材料性能的最基本的内在因素,就是金属的成分、结构和组织。在优化合金成分的基础上,利用热场和磁场控制材料的微观组织是改善材料性能最为有效的技术手段。不论是Fe基软磁材料还是传统的Al基结构材料都可以在成分得到优化的前提下,通过调整热场和磁场的工艺参数来进一步提高合金的性能。 针对以上问题,本文研究了P和Cu的复合添加对FeSiB(PCu)合金热力学性质和微观组织演变的影响;研究了不同Fe含量的FeSiBPCu合金晶化行为和磁性能;研究了高铁含量的FeSiBPCu合金快速退火和磁场退火后微观组织与磁性能;研究了强磁场作用下Al-4wt.%Cu合金时效行为。主要结论如下: FeSiB合金中添加4at.%P和0.7at.%Cu后合金的表观晶化激活能增加,在淬火态时结构更加稳定。Fe84-xSi4B12-yPyCux(x:0和0.7,y:0和4)合金晶化过程属于形核速率不同的扩散控制的三维长大类型。Fe84-xSi4B12-yPyCux(x:0和0.7,y:0和4)合金在退火过程中析出相的类型一致。对于FeSiB合金,添加0.7at.Cu%后α-Fe相的晶粒尺寸从200nm减小到90nm,同时添加4at.%P和0.7at.%Cu后晶粒尺寸急剧减小到20nm。 对于Fex(SiB)96-xP3Cu1(x=75、78、80、83和85)合金,随着Fe含量的增加,合金的表观晶化激活能逐渐减小。Fex(SiB)96-xP3Cu1(x=75、78、80、83和85)合金的晶化过程都属于形核速率不同的扩散控制的三维长大类型。Fex(SiB)96-xP3Cu1(x=75、78、80、83和85)合金在退火过程中析出相的类型一致。随着Fe含量的增加,在Tx1和Tx2区间内退火后,退火态合金中的晶粒尺寸逐渐减小。FeSiBPCu合金中Fe含量越高,合金的磁性能越高。Fe85Si3B8P3Cu1纳米晶合金具有低的矫顽力(Hc为12A/m)和较高的饱和磁极化强度(Js为1.87T),在Bm为1.7T时铁损(W)仍小于1.0。 对于Fe含量高于85%的FeSiBPCu合金,当P含量为2at.%~3at.%、Si含量为1at.%~2at.%、Cu含量为0.7at.%~1.0at.%时,合金在淬火态和退火态都可以获得较低的Hc和较高的Js。Fe85.3B10P3Si1Cu0.7薄带在753K退火600s后获得的微观组织中晶粒尺寸约为20nm,且分布均匀。实验结果表明:Fe85.3B10P3Si1Cu0.7纳米晶合金具有优异的综合磁性能,Js为1.96T,Hc为15A/m,有效磁导率(μe)为19000,磁致伸缩系数(λs)为3×10-6,W在Bm到1.7T的范围内都低于1.0。另外,在Fe85.3B10P3Si1Cu0.7非晶晶化过程中施加磁场没有改变合金的晶化过程中析出相的类型,只是使晶粒更加细小均匀,这可能与非晶晶化前后磁化率的变化有关。非晶晶化过程中施加磁场能抑制Fe-B化合物的析出,这样有利于提高Js。 在Al-4wt.%Cu合金403K时效处理施加强磁场后,沉淀相的析出顺序为:过饱和固溶体→G.P.(Ⅰ)区→G.P.(Ⅱ)区(θ″相)→θ′相→θ相,在非强磁场样品中析出的淬火团簇在相应的强磁场样品中没有观测到。强磁场时效样品的硬度增幅达到19%。这可能是由于强磁场的引入加速了合金中铜原子的扩散,降低了G.P.(Ⅰ)的稳定性,促使其溶解,各沉淀相的析出与溶解温度都不同程度地降低,从而加速了时效进程,影响了析出相的形貌,进而强化了时效硬化效果。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG132.271

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【参考文献】
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