非晶合金-高强高韧(课程报告)

非晶晶化法制备高强韧钛基合金姓名：

内容简介研究背景实验原理实验方法123研究背景

航天飞行器和航空设备的结构材料中，使用最多的是铝合金和钛合金，而钛合金中使用最多的是Ti-6Al-4VFig1美国F22猛禽战机Fig2俄罗斯和平号轨道空间站研究背景钛合金的优异性能（Ti-6Al-4V）低密度（约为4.43g/cm3）高抗拉强度（1170MPa）高比强度（约264MPacm3/g）高耐蚀性等优异的性能

研究背景钛合金的不利性能钛合金导热性低，切削加工困难；在力学性能方面，当应力接近断裂应力时，才开始屈服变形，而一旦开始变形，很快即发生断裂。寻求具有超高强度和超高韧性（远大于普通钛合金）、能满足空间恶劣服役条件的新型空间结构材料及其制备技术成为了未来的发展趋势。内容简介研究背景实验原理实验方法123实验原理非晶非晶态合金即金属玻璃，具有短程有序、长程无序的结构特征。非晶态合金中没有位错，没有相界，没有第二相，因此是无晶体缺陷的固体Fig3晶体非晶体气体原子排列示意图实验原理非晶的性能由于独特的微观结构，与普通晶态合金相比，大块金属玻璃（BulkMetallicGlass,BMG）具有高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨和耐蚀性等优异的性能Fig4金属玻璃的强度、硬度和弹性模量实验原理由于大块非晶（BMG）是不含第二相的单相固体，因此BMG的塑性和韧性很低，在应力作用下易诱发局域绝热剪切形成剪切裂纹而突然失效，在断裂失效前几乎不展现塑性变形特征，因而大大限制了其作为结构件材料这一巨大的潜在应用领域如何制备出高强韧性钛基合金？实验原理鉴于晶体材料中位错受第二相的阻滞而增殖的原理，在大块非晶中引入第二相，将抑制单一剪切带的滑移，促使多重剪切带的产生和滑移。这样既保证复合材料具有大块非晶所具有的高强、高弹、耐磨和耐蚀等特性，同时由于第二相的引入，增加了大块非晶的塑性Fig5位错受第二相阻滞增殖原理实验原理根据增强相的引入方式，大块非晶的制备技术可分为外加（Ex-situ）增强相法和内生（In-situ）增强相法。外加增强相法是把陶瓷颗粒和金属颗粒等加入具有强玻璃形成能力的合金熔体，通过铸造法获得BMGCs另一种制备技术是内生增强相法。这种方法是指把某一高熔点组元加入到强玻璃形成能力的合金体系中，在随后的凝固过程中晶态增强相从熔体中析出，得到晶态相增强的BMGCs实验原理非晶晶化法

K.Lu提出的非晶晶化法（crystallizationfromamorphoussolids，也可称为内生增强相法）[12]，也是近年来发展迅速的一种制备纳米晶和超细晶块体材料的新工艺。其原理是通过控制BMG的晶化动力学和晶化热力学过程，使其晶化析出纳米晶或者超细晶Fig6内生BMGMCs的微观结构示意图：(a)准晶相，(b)球形纳米-微米尺度的晶态相，(c)树枝晶相，(d)双相非晶。实验原理小结大块金属玻璃（BulkMetallicGlass,BMG）的室温硬度、强度和断裂韧性远远高于同成分的晶态金属合金和碳钢、高强度钢与工具钢.然而，由于BMG是不含第二相的单相固体，因此塑性和韧性很低，大大限制了其作为结构件材料这一巨大的潜在应用领域。鉴于晶体材料中位错受第二相的阻滞而增殖的原理，在BMG中引入第二相，将促使多重剪切带的产生和滑移。这样既保证制备的大块金属玻璃复合材料（BulkMetallicGlassComposites,BMGCs）具有高强、高弹、耐磨和耐蚀等特性，同时塑性大大提高内容简介研究背景实验原理实验方法123实验方法(1)机械合金化合成钛基非晶合金粉末合金体系选为(TiMCuNiAl)1-x-y(TiC)x(TiB)y(M=V，Nb等)，通过理论分析和热力学计算获得易于形成宽过冷液相区的非晶粉末的合金成分，以获得最佳的增强效果,然后球磨制粉实验方法(2)放电等离子烧结—非晶晶化法合成高强韧钛基BMGCs 将钛基非晶粉末封装入石墨模具，在高纯氩气保护下，运用SPS固结成形技术，以设定的升温速率升温到高温，先于过冷液相区温度范围内把非晶粉末固结成形为块状材料，随后在这一温度区间保温一定时间合成具有纳米和超细晶结构晶化相的BMGCs实验方法(3)高强韧