塊體金屬玻璃的連續(xù)成形及其超塑性變形行為研究.pdf

1、塊體金屬玻璃(BMG)，也稱為塊體非晶合金，是一種在固態(tài)下具有短程有序而長程無序的原子排列結構方式的特殊合金，通常由現(xiàn)代快速凝固或近快速凝固的冶金工藝制備且具有玻璃態(tài)材料特性的新型合金材料。較之于結晶態(tài)的金屬材料，塊體金屬玻璃材料具備著更優(yōu)異的力學性能，物理性能與化學性能，以及很高的耐磨性，耐蝕性等特點。這些遠超常規(guī)結晶態(tài)金屬材料的特點使塊體金屬玻璃在結構材料領域及功能材料領域中展現(xiàn)出極大的應用潛力，并引起了國內外學者的諸多關注。但塊體

2、金屬玻璃成形方法發(fā)展尚未成熟，依然普遍存在著成本過高，同時制備條件過于苛刻，且制備效率低，因此僅能滿足小批量生產，很大程度上對塊體金屬玻璃的商業(yè)化應用與發(fā)展產生了限制。本研究室自主開發(fā)的的水平連續(xù)成形技術是一種將鑄坯沿水平方向向外牽引連續(xù)成形的先進材料制備技術，較之于常規(guī)金屬制備技術，此制備技術的制備過程具有連續(xù)化的典型特點，連續(xù)制備技術的應用可以有效提高塊體金屬玻璃制備的效率，同時降低其生產成本。因此，為實現(xiàn)塊體金屬玻璃的大規(guī)模工業(yè)化

3、生產，塊體金屬玻璃的連續(xù)制備技術的研究和完善具有著非凡的研究價值。
　　本文關注點為塊體金屬玻璃的水平連續(xù)制備工藝參數(shù)的優(yōu)化，嘗試了塊體金屬玻璃連續(xù)制備更多的工藝參數(shù)。通過對塊體金屬玻璃連續(xù)制備過程中某些工藝參數(shù)的調節(jié)，實現(xiàn)塊體金屬玻璃材料連續(xù)制備技術的改進，并對不同工藝參數(shù)對塊體金屬玻璃在連續(xù)成形制備樣品進行對比，以分析這些工藝參數(shù)的改變對樣品所產生的影響。塊狀金屬玻璃有著極高的強度與硬度，以及耐磨損等特性，這些特性也就決定了塊

4、體金屬玻璃在室溫下難于切削和變形，同時由于其宏觀脆性的存在，室溫加工幾乎不可能進行。針對塊體金屬玻璃的這一特性，作為傳統(tǒng)的金屬加工技術的替代技術，以熱塑成型為基礎的加工方法在此可以得到應用。其原理是將金屬加熱至一個過冷態(tài)的溫度范圍內，在這個溫度范圍內，這些塊狀金屬玻璃軟化為粘性流體，可在一定壓力下進行變形加工。因此本文中將會討論在塊狀金屬玻璃連鑄樣品成功制備后如何進行進一步的進行變形加工，并探討其在小型設備中的應用前景。
　　本文

5、選用鋯基塊體金屬玻璃作為研究對象，鋯基塊體金屬玻璃具有較高的玻璃形成能力及熱穩(wěn)定性，臨界冷卻速率可達到10 K/s，過冷液相區(qū)間寬度可達90 K以上。同時，鋯基塊體金屬玻璃也具有出色的力學性能，其斷裂強度可接近2 GPa，其彈性極限可接近2％，若作為結構材料或功能材料具有非常巨大的發(fā)展?jié)摿?。因此，本文通過Zr55Cu30Ni5Al10合金成分研究了石墨-水冷銅復合鑄型結構以及冷卻水量兩種工藝參數(shù)對塊體金屬玻璃連續(xù)成形樣品的結構及力學性能

6、的影響。研究表明，改變石墨-水冷銅復合鑄型結構或冷卻水量等凝固條件則會獲得不同顯微結構與力學性能的合金樣品。在保證其余工藝參數(shù)不變的條件下，隨著石墨流道嵌入復合鑄型的深度由5 mm增加到40mm，Zr55Cu30Ni5Al10合金樣品的微觀結構和力學性能都隨之改變。而在另一組實驗中，同樣表明了在保證其余工藝參數(shù)不變的條件下，隨著冷卻水量由2 L/min增加到8 L/min，Zr55Cu30Ni5Al10合金樣品的顯微結構和力學性能同樣隨

7、之改變。通過兩方面的工藝優(yōu)化過程，得出較為理想的工藝參數(shù)后，應用此工藝制備了(Cu47Zr45Al8)96Y4合金樣品，而后經過顯微分析與力學性能檢測，樣品除少量Y2O3顆粒外基本屬于玻璃結構，室溫斷裂強度強度達1.58GPa，維氏顯微硬度值為532HV。對Zr55Cu30Ni5Al10與(Cu47Zr45Al8)96Y4塊體金屬玻璃合金樣品分別進行了剪切變形測試和壓縮變形測試，并對不同變形條件下得到的應力-應變曲線以及變形效果進行了對