Ti20Zr20Hf20Cu20Be20高熵非晶合金应力弛豫行为研究

高熵非晶合金力学弛豫行为的研究,对于理解玻璃转变、塑性变形、弛豫机理等科学问题和拓展其工程应用极为关键。本文采用应力分析方法对Ti20Zr20Hf20Cu20Be20高熵非晶合金条带进行了研究,旨在揭示高熵非晶合金应力弛豫行为。通过分析其在恒定应变下较宽时间窗口和温度窗口内的应力衰减过程,发现在低于Tg的玻璃态下,高熵非晶合金中存在着弛豫解耦现象,分别是慢弛豫和快弛豫过程。其中慢弛豫呈现扩展指数衰减模式,弛豫时间存在对温度的Arrhenius动力学依赖关系,与长程原子重排运动有关,快弛豫过程对应于微观局部内应力的逐步消散过程。不论该高熵非晶合金变形处于弹性阶段还是发生了屈服,应力弛豫过程受应变的影响都较小。本研究揭示了高熵非晶合金中新的弛豫解耦现象和与之相关的独特动力学机制,拓宽了我们对高熵非晶合金弛豫动力学过程以及其本征特性的认知。     

内生型(Ti0.474Zr0.34Cu0.06Be0.126)100 - x Fe x (x=0, 2)金属玻璃基复合材料的动态力学行为

为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性,采用力学弛豫谱研究了(Ti_0.474Zr_0.34- Cu_0.06Be_0.126)_100-xFe_x（x=0,2）金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素,提高了β-Ti相的稳定性。此外,还发现了一个异常的内耗峰,这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度T_g以下,由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应,2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。     

CuYSi-Mg60Cu30Y10块体非晶合金复合材料的晶化行为

采用差示扫描量热仪(DSC)在不同加热速率下研究Mg60Cu30Y10块体非晶合金及CuYSi-Mg60Cu30Y10复合材料,并利用Kissinger以及Doyle方法研究CuYSi颗粒生成后对块体非晶合金变温晶化行为的影响。结果表明:CuYSi颗粒生成后,复合材料的变温晶化行为依然具有动力学效应,但生成的CuYSi颗粒减小了复合材料玻璃转变行为对升温速率的依赖程度;同时,颗粒的生成增加了复合材料发生玻璃转变以及起始晶化时所需要克服的能量势垒,提高了材料的热稳定性;局域晶化激活能随着复合材料晶化体积分数的增加而减小。     

初生纳米晶对Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶合金结构稳定性的影响

通过感应熔炼喷铸法制备具有非晶/纳米晶复合结构的块体Ti40Zr25Ni8Cu9Be18合金。在与全非晶结构的Ti40Zr25Ni8Cu9Be18合金进行比较的基础上,研究Ti40Zr25Ni8Cu9Be18非晶/纳米晶合金在均匀流变过程中的晶化程度,分析其在连续升温过程中的晶化动力学。结果表明:初始纳米晶的存在不会明显降低非晶/纳米晶合金在过冷液相区流变过程中的结构稳定性;非晶/纳米晶合金的晶化激活能约为233.21 kJ/mol,与非晶合金的晶化激活能大致相同;随着转变分数的增加非晶/纳米晶合金的局部Avrami指数从2变化到0.5,明显低于非晶合金的局部Avrami指数;这表明初始纳米晶并没有明显加速非晶的晶化过程。     

Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5非晶棒料摩擦焊接

设计了一种非晶合金摩擦焊装置,以Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5非晶棒料为研究对象,进行了摩擦焊试验.焊接样品经SEM,XRD,维氏硬度、TEM等检测,结果显示焊接界面无明显未熔合,样品仍然保持非晶态,接头硬度总体增大,接头处出现了纳米晶.采用ANSYS软件对非晶合金摩擦焊的温度场进行仿真.结果表明,在摩擦时间t=0.25s时摩擦界面中心温度超过非晶棒料玻璃转变温度,接触面全部进入过冷液相区,应进行顶锻.仿真结果与摩擦焊试验结果基本吻合,有利于指导焊接试验.     

形状记忆晶相/铜基非晶复合材料的组织和微观力学行为研究

本文采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备Cu50Zr42Al8锥形试样,研究了合金不同直径处的组织和微观力学行为,分析了尺寸效应和裂纹自愈合行为。结果表明,复合材料组织中包括非晶基体相、金属间化合物AlCu2Zr相、奥氏体B2-ZrCu相和热致马氏体 B19’-ZrCu相。纳米压痕结果表明,单一非晶结构的试样心部硬而表面较软,呈现越小越软趋势,而较大尺寸的非晶复合材料由于析出相的存在,心部软而表面较硬。形状记忆晶相由TRIP效应对非晶基体增强增韧,而AlCu2Zr相析出使基体脆化。经150 oC 10mins退火后,微观压痕产生的裂纹表现出自愈合行为。加载时,形变诱导B2奥氏体向B19’马氏体相转变并伴随着体积的膨胀,而高于逆转变温度退火,B19’转变为B2相,体积收缩并驱动裂纹愈合。     

温度和应变速率对Mg61Cu20.3Ag8.7Er10非晶合金力学行为的影响

采用XRD、SEM等技术分析了Mg61Cu20.3Ag8.7Er10合金的结构和断口形貌,研究了Mg61Cu20.3Ag8.7Er10非晶合金在不同温度和不同应变速率条件下的力学行为。结果表明,室温下非晶合金的断裂强度随应变速率的增加而降低。-100℃时,非晶合金不仅具有较高的强度,同时还表现出一定的塑性行为,此时,应变速率对于非晶合金的强度和塑性几乎没有影响。     

Fe85Zr10B5三元非晶合金的非晶形成能力及磁热性能

采用单辊甩带法成功制备了Fe₈₅Zr₁₀B₅非晶合金，并对其非晶形成能力、磁性能和磁热效应进行了研究。结果表明：Fe₈₅Zr₁₀B₅非晶合金具有较大的过冷液相区宽度、γ参数和临界截面厚度，表明其优异的抗晶化热稳定性和非晶形成能力。Fe₈₅Zr₁₀B₅非晶合金在325 K的居里温度(T_c)下表现出3.26 J/(kg·K)的磁熵变峰值(-ΔS_m^peak),高于其他T_c相近的Fe基非晶合金。Arrott曲线和-ΔS_m^peak∝H^0.74的线性关系表明了Fe₈₅Zr₁₀B₅非晶合金典型的二级磁相变行为，这使该合金具有超宽的工作温度区间和较大的磁制冷能力(约546.4 J/kg)。F...     

Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5非晶合金的晶化行为

采用铜模铸造法制备了直径为3mm的柱状Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5块体非晶合金,X射线衍射证明试样为完全非晶态。利用差示扫描热分析仪(DSC)、X射线衍射,研究了该非晶合金的晶化行为。利用Kissinger和Ozawa方程求得Cu44.25Ag14.75Zr36Ti5第一晶化峰和第二晶化峰的晶化激活能。结果表明,该大块非晶合金具有良好的热稳定性,在10K/min的加热速率下,析出相主要是Cu8Zr3和Cu10Zr7。     

具有高非晶形成能力的高熵合金Cu29Zr32Ti15Al5Ni19

用铜模吸铸法成功地合成了由两个固溶体相构成的高熵合金(HEA) Cu₂₉Zr₃₂Ti₁₅Al₅Ni₁₉和相同成分的非晶态合金(HE-BMG)。实验结果表明该成分的高熵合金具有高的非晶形成能力。铸态高熵合金Cu₂₉Zr₃₂Ti₁₅Al₅Ni₁₉的抗压强度为1127MPa。在750℃保温2小时后的Cu₂₉Zr₃₂Ti₁₅Al₅Ni₁₉高熵合金的硬度仍高达826HV。     

Nanocrystallization-induced large room-temperature compressive plastic strain of Ti40Zr25Ni8Cu9Be18 BMG

By combining neutron diffraction, high-resolution transmission electron microscopy and thermal analysis measurements, the microstructure of as-cast Ti₄₀Zr₂₅Ni₈Cu₉Be₁₈ BMG with diameter of 2 mm was identified to be quenched-in nuclei/amorphous matrix. The quenched-in nuclei transform to (Ti,Zr)Be₂ nanocrystals with the average size of 4 nm homogeneously distributed into the amorphous matrix during deformation, which could be responsible for the large room-temperature compressive plastic strain, up to 8.0% at a constant strain rate of 5 × 10⁻⁴ s⁻¹.     

Pd20Pt20Cu20Ni20P20 高熵金属玻璃的热稳定性和热塑成形性

采用差示扫描量热法、X射线衍射和热力学分析研究了Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀高熵金属玻璃（HEMG）的热稳定性和热力学性能。结果表明,与其他经典贵金属基金属玻璃相比,Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀ HEMG具有相当的性能和鲜明的特点。     

Nd60Al10Fe20Co10金属玻璃的变形行为

利用材料测试系统(MTS)、X-Ray衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段研究了Nd基大块金属玻璃的变形行为和断裂特征.Nd基大块金属玻璃样品在室温下是脆性断裂,大约在500 K时变形模式从非均匀变形转变为均匀变形,在523 K以上表现出显著的塑性变形.在5×10-4 m/s的应变速率下,这种Nd基大块金属玻璃材料在523 K～600 K之间出现明显的屈服应力下降现象,随后进入1种稳定的粘性流动状态,而且这种屈服下降现象与温度和应变速率有关.这种在过冷液相区的变形行为与其他大块金属玻璃变形特征相似.合金的这种塑性变形行为表明了其存在稳定的过冷液相区,同时对其变形行为的研究有助于进一步了解Nd基大块金属玻璃的反常热稳定性.     

超高强度及塑性的钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料

采用渗流铸造工艺制备了钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料,利用X射线衍射、扫描电镜、压缩力学试验机研究了复合材料的相组成、界面结构及室温力学性能。结果表明,钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料界面非常清晰光洁,证明了微量Nb元素的加入能够有效地抑制界面反应的发生;含钨丝体积分数60%的复合材料具有超高的强度(断裂强度3695MPa)和室温塑性(塑性应变25.3%)。优化的界面结构和钨丝体积分数是产生这种现象的原因。     

应变速率对Ti/Mg基非晶双连续相复合材料力学行为的影响

采用真空压力浸渗技术了制备金属Ti/Mg基非晶双连续相复合材料,系统研究了其准静态和动态力学行为。并借助XRD、SEM等技术分析了该复合材料的结构和断口形貌。研究发现,该复合材料具有优异的综合力学性能,强度优于基体Mg基非晶合金和增强相Ti骨架。动态载荷下,应变速率的变化对复合材料的性能和断口形貌具有显著的影响,随应变速率的增大,复合材料的强度逐渐升高,断口上非晶相的粘滞流变现象更加明显。     

添加微量Fe对Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块体金属玻璃非晶形成能力和力学性能的影响(英文)

通过磁悬浮熔炼和铜模吸铸法制备直径3mm的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)100-xFex(x=0,1,2,3,4)合金试样,研究Fe元素的微量添加对Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃非晶形成能力和力学性能的影响。研究表明,合理添加Fe元素(不超过3%,摩尔分数)导致约化玻璃转变温度Trg(=Tg/Tl)和参数γ(=Tx/(Tg+Tl))增大,因而其非晶形成能力增大,但添加过量的Fe元素(4%)会导致其非晶形成能力的降低。添加Fe元素也会显著地改善Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃的压缩塑性及提高其压缩断裂强度,当Fe元素的添加量为2%时,直径3mm、长度6mm的试样在压缩时出现一定的塑性及加工硬化现象。Fe元素添加量为4%形成的金属玻璃基复合材料,同样也显示良好的压缩塑性和高的压缩断裂强度。