La基非晶复合材料的制备及其组织与性能研究

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La基非晶合金具有较强的玻璃形成能力,较宽的成分范围,奇特的物理性能和较低的玻璃转变温度,具有潜在的应用价值。但其在室温下往往表现为脆性断裂,在非晶基体中引入晶体相是提升其塑性的有效方法。本文从外加法和内生法两种角度,分别系统研究了制备工艺对于Wf/La基非晶复合材料的组织和性能影响以及淬火温度、固液两相区内冷却速率和等温处理对于内生La基非晶复合材料组织和性能的影响。研究结果表明:(1)本文使用正向渗流铸造法成功制备了钨丝增强的La基非晶复合材料,相比于Wf/Zr(Vit1)基非晶复合材料,Wf/La基非晶复合材料的制备过程更加简单方便。Wf/La基非晶复合材料的最佳制备温度为640℃。钨丝的体积分数决定了Wf/La基非晶复合材料的力学性能和断裂方式。随着钨丝体积分数的增加复合材料的抗压强度呈线性增加,抗压强度满足加和原则,而塑性呈现出先增加后减少的趋势。当钨丝体积分数为60%时,复合材料具有优异的综合力学性能,抗压强度为1600 MPa,压缩塑性为11.7%。复合材料的断裂方式呈现出非晶基体剪切破坏-劈裂的变化趋势。钨丝退火可以显著减少Wf/La基非晶复合材料在塑性变形过程中钨丝发生劈裂,能够有效提升复合材料的塑性。钨丝的最佳退火温度为1000℃,此时复合材料的抗压强度为1573 MPa,压缩塑性为14.4%。(2)过热处理可以调控La基非晶复合材料的组织与性能,淬火温度的提高使非晶基体中α-La枝晶数量减少、尺寸细化。二次加热后固液两相区内冷却速率的改变可以调控La基非晶复合材料的相组成与组织特征,随冷却速率的降低α-La相逐渐减少,Al La3相数量和尺寸不断增加,冷却速率为5℃/min时,复合材料由非晶、23.5±3.6μm的α-La相(23.1 vol.%)、2.7±0.7μm的Al La3相(33.7 vol.%)三相构成,其压缩性能可达强度524 MPa、塑性8.8%。(3)固液两相区内等温处理可以大幅提高La基非晶复合材料综合力学性能,430℃等温处理5 min,复合材料由非晶、17.2±4.0μm的α-La相(21.7 vol.%)、4.5±1.6μm的Al La3相(37.2 vol.%)三相构成,其压缩性能强度高达564 MPa、塑性17.7%。其强度与塑性的同时提升归因于两方面:一是较高硬度的大量Al La3相通过第二相强化有效提高了复合材料强度;二是Al La3相与α-La相的协同增韧作用。在变形过程中,弥散分布的微米级Al La3相与球状α-La枝晶均可阻碍非晶剪切带扩展,使其分叉转向,变形呈现局域化倾向,推迟灾难性脆性断裂的发生,同时两相还能以位错滑移方式参与变形,这些均有效提高了复合材料塑性。
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