Zr基块体非晶合金熔体流动性及充型能力研究

摘要

块体非晶合金具有极高的强度和弹性极限、良好的耐磨性和抗腐蚀性、热膨胀系数低和铸造凝固收缩率小等优异的综合性能，使其在航空航天以及国防装备等领域显示了重要的潜在应用价值。然而块体非晶合金无法进行常规的轧制或锻造成型，成型技术的滞后限制了这类合金的应用。利用合金熔体的流动性进行铸造成型是最有可能实现低成本加工的有效技术途径。
　　本文以Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(Vit1)和Ti32.8Zr30.2Cu9Ni5.3Be22.7(ZT3)两种非晶形成能力比较强的块体非晶合金为研究对象。用工业纯铜和高纯石墨两种不同的铸型材料，设计和加工了不同尺寸的铸型型腔。选择不同的过热温度和浇注高度等试验参数，对上述两种非晶合金熔体开展了流动性试验研究，用体积流量评价了合金熔体的流动性和充型能力。基于铸件成型理论和传热学理论，在晶态合金体积流量本构方程的基础上，构建了用于表征非晶态合金熔体体积流量的改进型方程。用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对流动性试样的结构和热物性参数进行测试分析；用Instron万能材料试验机测试不同试验条件下块体非晶合金的室温压缩性能；用扫描电子显微镜观察试样断口形貌。
　　实验结果表明：两种块体非晶合金熔体在铸型中的体积流量随过热温度的提高和铸型流动通道横截面积的增大而增大。通过增加浇注高度可提高充型速度和熔体的体积流量，且体积流量和浇注高度之间呈线性关系。比较块体非晶合金熔体在工业纯铜和高纯石墨铸型中的流动特点发现，在相同的铸造条件下，由于两种铸型的蓄热系数不同，合金熔体的体积流量也不同。高纯石墨铸型的体积流量明显大于工业纯铜铸型的体积流量，同时高纯石墨铸型中合金熔体的体积流量对浇注高度的变化更为敏感。
　　通过比较两种块体非晶合金在不同铸造条件下的力学性能发现，改变铸型材料和铸型尺寸对Vit1和ZT3两种非晶合金的力学性能无显著影响，但ZT3块体非晶合金表现出微小的塑性变形量。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1非晶合金发展概况

1.2块体非晶合金的制备方法

1.3非晶合金的力学性能

1.4 铸造金属凝固原理及合金充型特征

1.5本文的选题意义及研究内容

第2章实验方法

2.1实验设备

2.2材料制备

2.3块体非晶合金浇注质量和浇注型腔的选择

2.4 X射线衍射分析

2.5 DSC热物性分析

2.6压缩性能测试及方法

2.7扫描电镜分析(SEM)

第3章块体非晶合金熔体流动性及充型能力分析

3.1流动性试样的物性分析

3.2液态金属充型能力的计算

3.3实验结果分析

3.4铸件凝固时间的修正

3.5本章小结

第4章冷却速率对块体非晶合金力学性能的影响

4.1室温压缩性能

4.2压缩断口形貌

4.3冷却速率对力学性能的影响分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢