Fe基块体非晶复合材料的组织与性能研究

摘要

采用真空磁悬浮熔炼水冷铜模吸铸法制备了 Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C、Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C-1.0RE(Y、Nd、Ce、Dy)以及(Fe0.34Cu0.47Si0.19)95Al5 非晶复合试样。研究内容包括：Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C 非晶复合材料组织、宏观力学性能、微观力学性能以及添加 Y、N d、Ce、Dy 对该成分合金性能的影响；Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C 非晶复合材料不同摩擦条件、介质中的摩擦性能；退火处理对(Fe0.34Cu0.47Si0.19)95Al5复合材料组织结构和力学性能的影响。得出如下结论： (1)Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C合金铸态试样组织结构为非晶基体+单一γ奥氏体相。同时，其中的晶体相体积分数由表及里增加，且形貌由细小的树枝晶变为粗大的树枝晶。在室温压缩过程中，由于TRIP效应，其表现出优异的综合力学性能(断裂强度为 2900MPa，塑性应变达到 30.02%)，断口形貌表明印证了其良好的塑韧性。在微观力学性能中，该材料表现出表层非晶结构比中心晶体和过渡区硬，而塑性变形量与纳米硬度呈现相反的变化趋势。合金的各区域都有明显的蠕变行为产生，其能量耗散因子及蠕变变形量均呈现出中心区>过渡区>边缘区的变化趋势。Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C-Re 结构均为非晶+晶体的复合结构，且晶体相为单一γ奥氏体。其中Re=1 Y的合金在表现出良好非晶形成能力的同时，析出了较多的γ奥氏体相。且合金试样具有最佳的综合力学性能，断裂强度为 3280MPa，并且合金的塑性变形能力也表现良好，塑性应变为 31.23%。且其断口形貌表明印证了其良好的塑韧性。 (2)Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C非晶合金在干摩擦条件下，其磨损机理为疲劳磨损和磨粒磨损。随着载荷的增加，摩擦系数变小在室温表现出优异的耐磨性；在湿摩擦介质为人工海水溶液时，Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.2C/Si3N4其磨损机理疲劳磨损和腐蚀磨损，随着载荷的增加摩擦磨损系数逐渐变小，试样表面出现裂纹和蚀坑。Fe 基非晶合金复合材料具有良好的耐磨性和耐蚀性，在大气和人工海水中表现出较好的耐磨性，是一种潜在的高强度耐磨钢。 (3)(Fe0.34Cu0.47Si0.19)95Al5在低温退火处理后，压缩断裂强度和维氏硬度增加，塑性略有降低；对于高温退火处理试样，随着退火过程的进行，由于非晶态合金中原子有序性的排列和增大运动的协同程度，自由体积湮灭，结构有序化将导致非晶态合金的脆化，因而高温退火其性能降低。退火处理后，其显微组织中无序密堆程度高，退火时组织的变化不大，对合金塑性和延展性影响较小。经过适当的退火处理后，合金的硬度和热稳定性得到改退火处理工艺可改善该复合材料的性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 非晶合金

1.2非晶复合材料

1.3 Fe基非晶合金

1.4本文研究意义及主要内容

第2章 实验样品的制备和分析方法

2.1熔炼设备

2.2 制取试样

2.3 试样的检测

第3章 Fe基非晶复合材料的组织与宏微观力学行为研究

3.1 引言

3.2实验材料及方法

3.3不同稀土元素添加对Fe基非晶合金复合材料组织与力学性能影响

3.4 Fe基非晶合金复合材料的微观力学性能研究

3.5本章小结

第4章 Fe基非晶复合材料的摩擦磨损行为研究

4.1引言

4.2 实验材料与方法

4.3 Fe基非晶复合材料的摩擦磨损行为

4.4本章小结

第5章 退火处理对Fe-Cu-Si系非晶合金组织结构和力学性能的影响

5.1引言

5.2 实验材料与方法

5.3 Fe-Cu-Si系非晶复合材料的组织、热稳定性和力学性能

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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