Zr基大块非晶合金在过冷液相区的超塑性变形研究

【摘要】：Zr基非晶合金具有高强度、高硬度、高弹性极限以及抗腐蚀耐磨损等优异性能,但是它在常温下塑性较差并且难以成形加工,这成为阻碍其作为结构材料应用的一个瓶颈。Zr基非晶合金虽然室温塑性较差,但其在过冷液相区具有良好的超塑性变形能力。基于这个特性,本文通过变形温度和应变速率两个主要影响超塑性变形的重要因素,研究了Zr_(42.1)Ti_(12.9)Cu_(11.5)Ni_(10.2)Be_(23.3)(Vit1)和Zr_(30.2)Ti_(32.9)2.9 Cu_9Ni_(5.3)Be_(22.6)(ZT3)非晶合金在各自过冷液相区的超塑性变形行为,并对变形后的非晶合金进行了XRD、SEM、宏观断裂、微观形貌、力学性能和晶化机理的分析研究。实验表明,Vit1和ZT3两种非晶合金在过冷液相区内可以进行效果优异的超塑性变形,只要施加较小的压力就足以获得明显的变形。通过DSC分别确定Vit1和ZT3玻璃转变温度区间为365-417℃和338-382℃,再通过等温晶化实验确定大致的晶化所需时间,从而进一步确定超塑性变形过程所需的温度区间和测试时长。恰当的应变速率为5×10~-44 s~(-1)-1×10~-22 s~(-1),应变速率太快就会引发试样断裂,反之因为加热时间过长,试样容易晶化。两种非晶合金在过冷液相区内的超塑形变形行为与变形温度和应变速率有很大的因果关系。高温和低应变速率时,非晶合金为牛顿流变,最大应力值和流变应力都比较低,反之,非晶合金由牛顿流变向非牛顿流变转变,最大应力值和流变应力都比较高。通过Vit1和ZT3在有差异的变形温度和应变速率条件下的测试获得:(1)在恒定应变速率不同温度下的超塑性变形,随着变形温度的升高,非晶合金的最大应力值和流变应力相应降低。(2)在恒定温度不同应变速率下的超塑性变形,随着应变速率的降低,非晶合金的最大应力值和流变应力相应降低。通过XRD对经历不同变形过程的非晶合金进行了探讨:超塑性成形后的样品大致上仍为非晶结构,晶化现象不明显。超塑性变形后的试样硬度值升高,与合金晶化有关。与Vit1相比,ZT3有少量晶化现象,在超塑性实验中,ZT3试样发生了多次断裂现象,而且通过后期硬度测试时也能发现超塑性变形后ZT3样品明显比Vit1样品脆性更高,更易断裂。