【摘 要】
:
CoFe基非晶合金表现出优异的力学、软磁及化学性能等,且环境友好,作为功能材料在工业应用方面具有巨大的潜力。但是,CoFe基非晶合金在室温下塑性变形能力较差,这极大地限制了其工程应用。近期,研究发现向CoFe基非晶合金中加入微量Cu元素可以显著改善其宏观塑性。因此,研究Cu元素对CoFe基非晶合金力学行为的影响及其潜在机理具有重要意义。近年来,不断有学者采用纳米压痕技术结合各种先进的结构检测手段对
论文部分内容阅读
CoFe基非晶合金表现出优异的力学、软磁及化学性能等,且环境友好,作为功能材料在工业应用方面具有巨大的潜力。但是,CoFe基非晶合金在室温下塑性变形能力较差,这极大地限制了其工程应用。近期,研究发现向CoFe基非晶合金中加入微量Cu元素可以显著改善其宏观塑性。因此,研究Cu元素对CoFe基非晶合金力学行为的影响及其潜在机理具有重要意义。近年来,不断有学者采用纳米压痕技术结合各种先进的结构检测手段对非晶合金的变形行为与微观结构进行研究分析,试图建立两者之间的关系。基于以上研究,本文选择[(Co0.7Fe0.3)0.68B0.219Si0.051Nb0.05]100-xCux(x=0,0.5)非晶合金作为研究对象,采用纳米压痕技术对其蠕变行为及内在的塑性变形机理进行了系统的研究。首先,对[(Co0.7Fe0.3)0.68B0.219Si0.051Nb0.05]100-xCux(x=0,0.5)非晶合金的纳米压痕蠕变行为进行研究。研究发现,添加微量Cu元素后非晶合金的蠕变位移量增加,蠕变应力指数降低。0.5 at.%Cu元素的加入可以明显降低(Co0.7Fe0.3)0.68B0.219Si0.051Nb0.05非晶合金的硬度以及材料的加载速率敏感性。结合原子力显微镜实验,发现Cu的添加使得压痕周围的堆积高度降低且堆积区域面积增加,这意味着样品处于一个更加均匀的塑性流变状态,即Cu的添加提高了CoFe基非晶合金的蠕变变形能力,使宏观塑性变形表现的更加均匀。其次,对[(Co0.7Fe0.3)0.68B0.219Si0.051Nb0.05]100-xCux(x=0,0.5)非晶合金微观尺度的结构和力学响应及其关联性进行分析。研究发现,Cu的添加增强了非晶基体的亚纳米到纳米级别的多尺度结构不均匀性,从而引起微米尺度的力学响应差异。微量Cu元素的加入促进CoFe基非晶合金中富Co(Fe)团簇析出,增加了结构不均匀性。这种短程有序结构有效的调节了非晶基体的局域弹性模量和硬度,形成连续的弱键合软区,使变形过程中自由体积的生成速率增加,进而提高了Cu掺杂CoFe基非晶合金的塑性变形能力。最后,利用Maxwell-Kelvin模型对[(Co0.7Fe0.3)0.68B0.219Si0.051Nb0.05]100-xCux(x=0,0.5)非晶合金的蠕变行为进行分析。研究发现,Cu元素的微量掺杂促使非晶基体中的内在缺陷在变形过程中激活。在准静态加载模式下,含0.5 at.%Cu的非晶合金特征弛豫时间缩短。这表明Cu的添加导致非晶基体中的缺陷尺寸缩小且易于被激活。随着加载速率的进一步增加,在[(Co0.7Fe0.3)0.68B0.219Si0.051Nb0.05]99.5Cu0.5非晶合金的硬区和软区中均出现更多尺寸较大的流变缺陷。这有利于非晶合金在变形过程中产生多重剪切带,促进裂纹尖端能量耗散。本工作对掺杂微量Cu元素的CoFe基非晶合金体系的蠕变行为及变形过程中微观结构的演变方式进行了系统的分析,为研究非晶合金的微合金化效应提供新的思路,并且为设计其他具有大塑性变形能力的商用非晶合金或非晶复合材料提供一定的指导。
其他文献
层流等离子增材制造技术具有成型效率高、成本低和无需模具等优势,在航空航天和轨道交通等领域具有广泛应用前景。本课题主要讨论了旁路送丝方式的层流等离子体增材制造NiTi形状记忆合金,并实现双程记忆效应的工艺、组织和性能问题。通过层流等离子增材制造技术成功制备了镍钛(NiTi)形状记忆合金试样,分析了NiTi形状记忆合金的组织分布特征和相组成规律,最后通过约束时效的方式实现了NiTi形状记忆合金的双程记
韧性断裂一般会经历明显的塑性变形,是钢材最常见的破坏形式。随着钢结构在我国应用的快速增长,研究钢材韧性断裂机理并准确预测钢材韧性断裂行为具有重要的理论意义和工程实用价值。基于微观空穴理论的断裂预测方法对研究钢材韧性断裂行为有较好的适用性。其理论基础为研究应力、应变与材料细观结构之间的相互作用,从材料内部空穴的演化过程揭示裂缝萌生及扩展的原因,建立基于断裂机理的韧性断裂损伤模型,是目前准确预测金属材
伸长类翻边是材料加工工艺中常见的成形方法之一,本文将外轮廓支撑渐进成形应用于伸长类翻边工艺过程中,结合数值模拟试验方法,对圆孔、方形孔基于单点渐进成形的伸长类翻边工艺进行了研究。对渐进成形应用于伸长类翻边具有重要的指导意义。本文基于DYNAFORM分析平台,构建外轮廓支撑渐进成形圆孔及方形孔翻边的有限元模型。对基于单点渐进成形的伸长类翻边工艺过程进行数值模拟,分析工艺参数及几何参数对翻边制件的成形
由于具有比强度高、耐腐蚀性好、密度低和耐高温等优点,TC4合金成为航空航天领域最重要的结构材料之一。近年来,激光选区熔化技术(SLM)因具有快速、精密制造复杂形状和难成形材料的优势,在TC4合金的加工方面展示出巨大的应用价值。当前研究表明SLM-TC4具有复杂的组织结构,如多级针状马氏体、改变马氏体分布特征的原始β相柱状晶以及难以避免的加工缺陷(气孔),对其力学性能产生重要影响。然而,由于缺乏有力
锡基巴氏合金具有良好的减摩性、顺应性和嵌入性,被广泛应用于机械、化工、船舶、电力等领域,包括汽轮机轴瓦、电机轴承、中间轴承等。然而,传统离心铸造工艺制备的锡基巴氏合金轴瓦存在着成分偏析等缺陷,硬度低,承载能力差,寿命较低。随着国产航母、两机专项等国家重大工程的实施,一批核心装备卡脖子技术亟待突破,以及重型燃气机、汽轮机、船舶推进系统等设备设计参数不断提高,都需要进一步提升锡基巴氏合金的力学性能,以
PEEK轴承适用于水润滑和自润滑条件,相对于PTFE等工程塑料具有更好的承载性能,且耐热性能优于巴氏合金,在水下传动、风电、水电等领域具有广阔的应用前景。国内外学者和业界针对PEEK材料改性做了大量研究,在材料减摩、耐磨性能以及材料强度及韧性方面的研究工作较为丰富。但是作为轴承材料使用,PEEK与金属之间的结合强度仍然不足,在重载、冲击或者工作温度较高的极端条件下,当前工艺水平还是无法保证轴承的使
TP321奥氏体不锈钢具有良好的综合力学性能、易加工性和耐腐蚀性,广泛应用于石油、化工、海洋等恶劣的环境中。晶界作为多晶材料的薄弱环节,往往会成为奥氏体不锈钢腐蚀的突破口,发生晶间腐蚀。通过提高奥氏体不锈钢中特殊晶界的比例,打断大角度晶界的网络连通性,可实现晶界特征分布优化,提高材料抗晶间腐蚀性能。本文研究了TP321奥氏体不锈钢晶间腐蚀现象的影响因素,分析了单次冷轧退火工艺和循环压缩热处理工艺对
金属增材制造技术具有材料利用率高和异形件成型能力强等特点,越来越受到世界各国的重视。由于金属增材制造热过程十分复杂,材料的熔化和凝固是都在极短的时间内完成的,因此制件中容易产生气孔、裂纹等缺陷。缺陷的存在会极大影响零件的使用性能,对增材制造过程进行在线检测,能够及时发现缺陷以便采取相应应对措施,具有重要的应用价值。激光超声是一种非接触、高精度、无损伤的新型超声检测技术,特别适用于增材制造的在线检测
渐进成形工艺是一种新型的柔性加工技术,它无需模具或仅需要简单的模具就能成形出出具有复杂曲面形状的零件。本文采用凸模支撑渐进成形工艺来成形典型的回转类筒形件,探讨了圆台件和筒形件的成形规律,对筒形件成形的研究具有重要的意义。本文以数值模拟为主并辅以物理实验验证的研究方法,基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析平台依据筒形件凸模支撑渐进成形的特点建立有限元模型,研究工艺参数和成形路径对筒形件成形的影
铸造铝合金具有轻质高强,导电、导热性能优良和可加工性能好等优点,在汽车、船舶制造、航空航天等工业领域得到了广泛的应用。随着酸雨等环境问题的涌现,铝合金铸件的腐蚀问题得到了广泛的关注,由于铝合金自然生成氧化膜存在诸多的局限性,增厚氧化膜成为提高其耐蚀性的一种重要方法。本文对比分析了热处理对铝合金型内氧化层组织和性能的影响,研究了采用磷酸盐涂层和表面硅烷化对型内氧化热处理试样进行复合涂层处理,最后,探