深冷循环处理对金属玻璃结构和性能的影响（英文）

近期研究表明,金属玻璃可通过热激励或机械激励的方法回春到更加亚稳的高能量状态,同时伴随着原子堆垛的松散化。回春过程可有效提高金属玻璃的宏观塑性。从金属玻璃弛豫与回春概念入手,简要介绍金属玻璃的回春手段,总结不同方法的优缺点。重点介绍深冷循环热处理(一种对样品形态无破坏性且适用性较高的回春方法)的效果、热处理参数对回春程度的影响以及回春后金属玻璃力学和磁性能的演化规律。最后,就金属玻璃回春行为进行分析,并对未来重要研究方向提出展望。     

块体金属玻璃的开发和应用

金属玻璃的发展有史以来的数千年间，厚度、直径在数mm以上的大块金属材料无一例外全是结晶型材料，但自上世纪90年代以来，既使采用缓冷凝固方法也能获得原子无序排列的即具有玻璃结构的大块金属。形成这种稳定的过冷液态金属玻璃应满足033元素以上组成，②三组元原子尺寸差大于12％，③三组元有负的混合热。满足上述3条件的金属液体构造具有①高密度填充结构，②新的局域原子排列，③长程均匀排列状态等特点。     

深冷处理对40CrNiMoA合金结构钢组织和性能的影响

对40CrNiMoA合金结构钢分别进行回火前和回火后的深冷处理,研究了深冷处理后钢的组织和性能变化,并与未深冷处理的进行对比.结果表明,回火前进行深冷处理的抗拉强度和屈服强度降低,而伸长率和断面收缩率明显提高,说明深冷处理能够提高材料的塑性;回火后深冷处理,钢的强度、塑性和韧性都得到提高,并且此时的微观组织更加均匀.因此,回火后进行深冷处理能够较为全面地改善40CrNiMoA的综合性能.     

淬火与深冷处理对YG6硬质合金微观结构与性能的影响

本文以压制烧结合成的YG6硬质合金为研究对象,采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EMPA)及X射线衍射(XRD)检测方法研究了淬火及深冷处理对YG6硬质合金微观结构的影响,并且测量了合金的相关性能,如硬度、抗弯强度及表面残余应力等。结果表明:淬火处理合金中的面心立方α-Co含量提高,W在Co相中的固溶度增加。深冷过程中由于发生Co相马氏体相变使密排六方ε-Co的含量提高,W在Co相中的固溶度降低。YG6硬质合金的硬度、钴磁等性能受到了影响,合金的抗弯强度以及表面宏观残余应力都呈增加趋势。     

深冷处理对冷轧铜合金组织与性能的影响

采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、万能试验机及电阻率测试仪等研究了深冷处理(DCT)对冷轧Cu-1.34Ni-1.02Co-0.61Si合金组织和性能的影响。深冷处理使30%压下率冷轧合金显微组织细化和均匀化,并且随着深冷处理时间增加,细化和均匀化程度不断提高。深冷处理促使固溶Ni、Co和Si等原子不断从铜基体中析出,在合金晶粒内和晶界处形成尺寸为0.1～1μm之间的细小弥散球形和长条形第二相颗粒。冷轧前后合金的抗拉强度、电导率和延伸率均随着深冷处理时间延长而增加,并在约36 h后趋于稳定。深冷处理48 h后,冷轧前后合金的抗拉强度、电导率和延伸率分别增加了5.4%和4.4%、6.7%和8.0%、及13.2%和18.7%。冷轧后合金的抗拉强度高于冷轧前;而冷轧后的电导率和延伸率低于冷轧前,但差距均随着深冷处理时间增加而缩小。经深冷处理合金的拉伸断口韧窝的数量和深度比未经深冷处理合金大,且分布更加均匀。     

深冷处理对添加CeO_2超细WC-9%Ni-Cr_3C_2硬质合金结构、性能与残余应力的影响

本文采用粉末冶金方法制备了4组不同Ce O2含量的超细WC-9%Ni-Cr3C2硬质合金试样。利用Hot Disk热常数分析仪,采用瞬变平面热源法(TPS)技术测量了深冷处理前后材料的导热率;采用三点法测量了处理前后合金抗弯强度的变化情况。同时文章还利用XRD、SEM和EDX对合金烧结后的相成分组成与残余应力、微观结构和感兴趣区域进行了检测、观察和分析。结果表明:Ce O2的添加降低了合金的热导率和抗弯强度,增加了合金的残余应力;当Ce O2添加量为1.35wt.%时(4#合金),三者的变化分别为0.33%、17.17%和38.24%。深冷处理后,不同Ce O2含量的WC-9%Ni-Cr3C2热导率、抗弯强度提高幅度可达8.03%(1#合金)和7.23%(1#合金),但同时可在一定程度上降低合金的残余应力。     

6005铝合金深冷处理的组织和性能研究

对6005铝合金试样进行水淬和水淬并深冷处理,在不同温度下进行单级时效.通过观察金相组织,测试硬度、抗拉强度和冲击韧度来分析深冷处理对6005铝合金时效析出相和力学性能的影响.结果表明:深冷处理能使晶体内沉淀强化相更加均匀细密,并在晶界处产生析出相,提高合金硬度和强度,降低塑性和韧性.水淬后深冷处理的理想时效温度为165℃,时效11h后6005铝合金的硬度达到110HB.相比水淬,最理想的时效温度升高了10℃,硬度提高了12.2％.     

深冷处理对35MnB合金钢残余应力的调控机理

以35MnB合金钢为研究对象,运用正交试验法,设计了以深冷温度、深冷时间和交变次数为自变量,残余应力为因变量的正交试验.通过X射线衍射仪测得试样表面的残余应力分布情况,运用极差法分析深冷工艺参数对试样残余应力的影响因素;通过扫描电镜观测试样在不同深冷处理工艺参数下的微观组织形貌,结合X射线衍射图谱定量分析了深冷处理后残...     

Hf对Zr-Al-Ni-Cu金属玻璃弛豫行为的影响

通过测定快淬态和退火态比热与温度的关系,研究了Hf元素对Zr₇₀Al_7.5Ni₈Cu_14.5（70Zr）、Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀（55Zr）和(Zr_0.75Hf_0.25)₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5（65Zr_0.75Hf_0.25）厘米级金属玻璃焓和硬度弛豫的影响。结果显示：70Zr和55Zr合金的结构弛豫表现为单峰现象,在退火温度（T_a）接近玻璃转变温度（T_g）时出现弛豫峰;而65Zr_0.75Hf_0.25合金的结构弛豫表现为双峰现象,分别在523和648 K（接近T_g）时出现焓弛豫峰。70Zr和55Zr合金在T_g温度附近出现明显的单峰弛豫行为,表明合金在T_g之前的整个温度范围内具有较高的抵抗退火诱导结构弛豫的能力;另一方面,65Zr_0.75Hf_0.25合金在523 K附近出现一个弛豫子峰,可能是由于Zr-Hf原子对的键合性较弱,混合焓接近于零,随后在T_g附近出现明显的主弛豫。65Zr_0.75Hf_0.25和(Zr_0.5Hf_0.5)₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5（65Zr_0.5Hf_0.5）合金的硬度也表现出类似的双峰现象,导致第一峰的T_a与焓弛豫峰的T_a一致。结果表明,满足非晶形成三原则的Zr、Al、Ni和Cu组成的类二十面体中程有序结构在低T_a温度下保持稳定;只有背离非晶形成三原则的65Zr_0.75Hf_0.25和65Zr_0.5Hf_0.5金属玻璃焓弛豫和硬度弛豫出现了双峰,表明形成大块金属玻璃非必要组元的增加将导致合金结构在低温退火过程中的不稳定性。     

深冷处理对WC-Co硬质合金组织和性能的影响

对YG8和YG25两种WC-Co硬质合金不同时间深冷处理后的力学性能和疲劳性能进行了研究,利用X射线衍射方法分析了深冷前后合金的相变和残余应力变化,通过扫描电子显微镜（SEM）观察了材料的断口形貌和断裂方式。结果表明：深冷处理能有效提高了WC-Co硬质合金的硬度、强度、耐磨性和疲劳寿命。深冷处理时间是最主要的工艺参数,对YG8合金来说,2 h为深冷处理最佳工艺时间,而YG25则为8 h。其性能变化的主要原因是深冷处理导致硬质合金表面残余应力的变化和Co粘结相发生马氏体相变。     

三种ZrAlNiCu大块金属玻璃的力学性能

采用真空氩弧熔炼加铜模吸铸的方法成功制备了3种ZrAlNiCu全非晶材料。通过Instron-3369力学性能试验机测试了3种金属玻璃的压缩力学性能,并采用FEINano230型场发射扫描电镜(SEM)研究了压缩断口特征。研究表明,增加Ni含量和降低Cu含量将降低ZrAlNiCu金属玻璃的断裂强度和弹性模量,并使得ZrAlNiCu金属玻璃的断口由扩展良好的"脉络状"花纹转变为完全脆性特征。Ni含量的增加以及Cu含量的降低减少了ZrAlNiCu金属玻璃中自由体积的密度,降低了合金的变形能力,增加了合金的变形局域化程度,从而降低了ZrAlNiCu金属玻璃的断裂强度、塑性和弹性模量。     

过热处理时间对Zr-Cu基大块非晶合金力学性能的影响

在一定初始温度下经过不同时间的熔体过热处理,利用铜模吸铸法,制备纯非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8棒状试样,通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热分析仪(DSC)、万能力学试验机和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究过热处理对其力学性能的影响。结果表明,在一定的处理时间范围内,随着处理时间的增长,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金原子排列的混乱度增加,非晶合金的平均自由体积增加,Zr_(48)Cu_(36)Ag_8Al_8非晶合金的变形局域化程度降低,变形能力随之增强,非晶合金的断裂强度和塑性得到了提高。     

金属玻璃蠕变及回复行为研究综述

由于非晶合金独特的无序结构,其结构动力学特征涉及较大时间与尺寸跨度的粒子重排。作为深入研究金属玻璃体系弛豫行为与老化动力学的基础,对非晶合金结构动力学的表征和理解至关重要。大量研究表明,以镧基和铈基为代表的稀土基非晶合金的弛豫谱呈现明显次级弛豫过程,该体系亦成为探究非晶合金结构动力学与力学性能关联的理想载体。本文主要就金属玻璃的滞弹性变形作了详细评述。作为蠕变实验中变形的主要成分,这类变形在卸载后可完全回复,对其合理描述是深入理解非晶合金结构动力学的关键。此外,总结了蠕变和蠕变回复过程中滞弹性变形的主要特征,并介绍了几种可用于定量或定性分析的理论模型。     

Tm对锆基块体非晶合金力学性能和腐蚀性能的影响

采用铜模负压吸铸工艺制备了(Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12)_100-xTm_x（x=0~5,原子分数）块体金属玻璃（BMG）合金,研究了Tm对合金力学性能和抗腐蚀性能的影响。结果表明,当Tm含量增加到3%时,其玻璃形成能力（GFA）和压缩塑性显著提高,但过量Tm会降低GFA。x=3时合金的最大过冷液相区宽度为100 K,抗压强度为1669 MPa,塑性应变为21.01%,远高于Zr_0.6336Cu_0.1452Ni_0.1012Al_0.12 BMG的各项性能（67 K、1439 MPa和5.90%）。然而,电化学测试结果表明,x=3时的合金在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的耐腐蚀性不佳,且其耐腐蚀性和力学性能随Tm含量的变化趋势与预期不同。可能是由于过量添加稀土元素Tm,容易形成更多的氧化物,导致点蚀加剧。进一步添加Tm可以提高Zr基BMG钝化膜的完整性和耐点蚀性能,但力学性能不理想。     

新型块体铁基非晶合金的形成与性能

利用铜模铸造法制备了(Fe100-xCox)74Mo6P10C7.5B2.5(x=0-15)新型块体铁基非晶合金。Fe-Co-Mo-P-C-B系块体非晶合金具有临界直径为4mm的高非晶形成能力,以及维氏硬度为10.6～10.85GPa的高硬度和饱和磁感应强度为0.98～1.07T的优异性能。研究结果表明,非晶合金硬度及饱和磁感应强度都随着Co含量的提高逐渐增加。合金的非晶形成能力则与Co的含量密切相关。适量Co的添加扩大非晶合金的过冷液体区间(ΔTx)及增加γ值,从而提高非晶合金的热稳定性及其非晶形成能力。     

块体非晶合金在低温下的剪切带特征

通过宏观洛氏压痕实验在低温(193K)下对玻璃转变温度和本征脆性具有显著差别的5种典型非晶合金(Mg65Cu25Gd10,La55Al25Cu10Ni5Co5,Pd43Cu27Ni10P20,Zr47.9Ti0.3Ni3.1Cu39.3Al9.4,Fe52Cr15Mo9Er3C15B6)的剪切带特征进行了研究。考查了剪切带间距和数量与归一化温度和材料本征脆性的关联,并根据放射状剪切带的夹角讨论了不同合金的压力敏感系数及其影响因素。     

非晶及纳米结构钛合金研究进展

综述了钛基大块非晶的成分-非晶形成能力的对应关系，总结了已知的钛基大块非晶的一次结晶相及力学性能，并阐述了钛基大块非晶的塑性变形机制，以及造成低塑性的因素和改善塑性的方法，着重介绍了铸造纳米结构钛合金的成分、组织和力学性能。通过精巧的成分设计，结合金属模铸造技术，制备出了直径小于5mm，并具有微米尺度β-Ti（M）一次树枝晶相＋纳米尺度棒状β-Ti／γ-TiCu共晶结构的复合组织，其中棒状β-Ti相尺寸在30nm～300nm范围；γ-TiCu共晶基体相由小于10nm的晶粒或亚晶粒组成，这种多层次纳米结构的钛合金具有高强度，同时县有明显的延伸性。     

深冷处理对Al-Si合金组织和力学性能的影响

在液氮温度（-196℃）对Al-Si合金作了深冷处理，处理时间分别为72h、120h，并进行了力学性能试验和金相组织分析。试验结果表明，深冷处理显著提高了合金的强度和硬度，经适当时间的深冷处理，强度、硬度及伸长率三者能同时提高。初步的研究认为，深冷处理改善铝合金性能的机理主要是处理后合金中产生大量相互缠绕的位错和析出弥散强化相。     

Cu15Ni8Sn合金深冷处理性能研究

对弹性导电合金Cul5Ni8Sn深冷处理后的性能进行试验研究。结果表明，深冷处理后该合金中点缺陷(空位)的浓度减小，这与双臂直流电桥实测电阻率的变化相吻合；抗拉强度得以提高。并分析了合金性能改善的原因。     

金属玻璃弛豫行为及其机理的模拟研究进展

金属玻璃的弛豫动力学研究非常复杂,极具挑战性。弛豫（α弛豫、慢β弛豫和快β弛豫）发生在不同的温度下。利用模拟可观测微观原子信息的优势,评述了模拟中3种典型弛豫的特征和机理,并讨论了它们对材料力学性能的影响。讨论了近年来通过模拟方法获得的与弛豫相关的动力学、结构和物理机理方面的研究进展。本综述有助于认识玻璃的本质,建立玻璃材料的动力学-结构-性能关联。