【摘 要】
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Hf基非晶合金因其强度高、硬度高、耐腐蚀等优异性能,在航空航天、电子器件等领域有着广泛的应用。然而,Hf基非晶合金的玻璃形成能力差,在室温下为脆性断裂,限制其在工程领域的发展。本论文用Ti、Zr元素分别对Hf-Be-Ti-Zr-Cu-Ni系非晶合金中的Cu、Ni元素进行替换,从而制备出玻璃形成能力强的Hf基非晶合金,研究了Hf基非晶合金的晶化动力学,分析了Hf基非晶合金在高应变速率下的断裂行为。论
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Hf基非晶合金因其强度高、硬度高、耐腐蚀等优异性能,在航空航天、电子器件等领域有着广泛的应用。然而,Hf基非晶合金的玻璃形成能力差,在室温下为脆性断裂,限制其在工程领域的发展。本论文用Ti、Zr元素分别对Hf-Be-Ti-Zr-Cu-Ni系非晶合金中的Cu、Ni元素进行替换,从而制备出玻璃形成能力强的Hf基非晶合金,研究了Hf基非晶合金的晶化动力学,分析了Hf基非晶合金在高应变速率下的断裂行为。论文的主要结果如下:研究了在Hf26Be18Ti10+2xZr18Cu11.5-xNi16.5-x非晶合金系中,用Ti元素替代Cu、Ni元素对非晶合金的玻璃形成能力的影响。得出非晶合金成分为Hf26Be18Ti10Zr18Cu11.5Ni16.5时,具有较宽的过冷液相区间46.17 K,玻璃化转变温度Trg为0.6312,γ参数为0.4139,密度为8.3856 g/cm~3,硬度为642 HV,表征该合金具有较强的玻璃形成能力。研究了在Hf26Be18Ti18Zr10+2xCu11.5-xNi16.5-x非晶合金系中,用Zr元素替代Cu、Ni元素对非晶合金的玻璃形成能力的影响。得出非晶合金成分为Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5时,过冷液相区间值达到最大值为58.41 K,约化玻璃转变温度Trg为0.6333,γ参数为0.4210,密度为8.4856g/cm~3,硬度为638 HV,表征该合金具有较强的非晶形成能力。研究了Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5非晶合金的晶化动力学及其退火行为。结果得出:非等温条件下,当升温速率逐渐升高时,该合金的Tg、Tx和Tp都朝着高温方向进行移动,表明该合金具有显著的晶化动力学效应。并且该非晶合金的Ep大于Ex,表明了在其整个晶化过程当中,晶体长大的激活能大于晶体进行形核的激活能。在等温条件下,该非晶合金随着保温温度的升高,孕育期逐渐缩短,具有显著的动力学效应。当晶化体积分数增加时,激活能呈现逐渐降低的趋势。计算出Avrami指数n的范围为1.38～1.56之间,得出该非晶合金的晶化过程为扩散过程的长大。对Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5非晶合金进行等温退火研究,当退火温度从593 K提高至673 K时,该合金的晶化峰更亦显著,晶化现象严重,并且等温退火后的硬度值也从610 HV提高至642 HV,增加了约5%。研究了Hf26Be18Ti10+2xZr18Cu11.5-xNi16.5-x非晶合金体系及Hf26Be18Ti18Zr10+2xCu11.5-xNi16.5-x非晶合金体系室温下的力学性能。得出Hf26Be18Ti10Zr18Cu11.5Ni16.5、Hf26Be18Ti14Zr18Cu9.5Ni14.5、Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5、Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5和Hf26Be18Ti18Zr14Cu9.5Ni14.5非晶合金都呈现脆性断裂,表现出高强度,断裂强度在1616.40MPa～2484.19 MPa。其中Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5非晶合金的断裂强度最高,达到2484.19MPa,而Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5非晶合金的断裂强度相对最低,为1616.40 MPa。其中Hf26Be18Ti10Zr18Cu11.5Ni16.5、Hf26Be18Ti14Zr18Cu9.5Ni14.5和Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5非晶合金有少量的塑性变形,但总体依然为脆性断裂。对Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5非晶合金和Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5非晶合金进行了动态力学性能的研究。可以得出:当应变速率逐渐增加时,其断裂强度均呈现下降的趋势,表明这两种合金均呈现出负的应变速率敏感性。对于Hf26Be18Ti18Zr18Cu7.5Ni12.5非晶合金,当应变速率为1380 s-1时,断裂强度为1210.22 MPa,当应变速率增加到1950 s-1时,断裂强度下降为1010.97 MPa。对于Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5非晶合金,当应变速率为450 s-1时,断裂强度高达1690.76 MPa,而当应变速率增加至1500 s-1时,断裂强度下降到1154.35MPa,其表明强度更高。进而对强度较高的Hf26Be18Ti18Zr10Cu11.5Ni16.5非晶合金锥形壳体的制备工艺进行了研究,其中在浇铸温度选择1200℃,浇铸速度选择2s更有利于形成充型完整的非晶态结构。
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