Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10复合非晶合金的制备及其微观组织演变

摘要

Fe基非晶虽然某些力学性能优异，比如具有超高的强度、大的弹性极限等，但是塑性差，使其应用前景受限。将非晶体与晶体复合在同一材料中，是改善 Fe基非晶合金脆性，优化综合力学性能的可行方案之一。快速凝固是制备复合非晶合金最便捷高效的方法之一。在快速凝固过程中实现晶体-非晶体复合微观组织的可控性，是制备复合非晶合金的关键问题之一。
　　本文以 Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金为对象，分别改变冷却速率、熔体外压、熔体过热度三个因素实现对该合金快速凝固组织的调整，为制备可控的Fe基复合非晶合金打下基础。本文的主要结论有：
　　1.采用甩带法、LML铜模法以及普通铜模法，制备了薄带样品、LMLΦ1 mm、Φ1 mm和Φ3 mm的样品，对应的冷却速率为(1.5~3.3)×105 K/s、1613 K/s、949 K/s和333 K/s。随着冷却速率降低，Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金的凝固组织从非晶结构转变为晶体-非晶体复合结构，主要晶体相的析出顺序为：Fe-C-Si相、M7C3相、M7C3共晶相。薄带样品为完全非晶合金，LMLΦ1 mm和Φ1 mm样品中出现部分Fe-C-Si相，非晶相含量为46~47％，Φ1 mm样品中除了非晶相和Fe-C-Si相，还出现M7C3相和M7C3共晶相等，非晶相含量降至31%。在Φ3 mm样品中，非晶相和Fe-C-Si相作为基体相，M7C3相和M7C3共晶相镶嵌在基体中，镶嵌相集中分布于靠近样品中心的位置。
　　2.通过往真空炉中回充高纯氩气，对熔体施加一定的外压，在Φ3 mm的铜模中制备了不同压强下凝固的样品。压强从0.02 MPa升高到0.08 MPa的过程中，凝固组织中非晶相 Fe-C-Si相的含量呈先升高后减小的趋势，M7C3相与之相反，而M7C3共晶相仅在压强不低于0.06MPa时出现，且压强越高含量越多。非晶相含量改变有两方面原因：一是合金的形核功随压强的升高而先降低后升高，相应地，玻璃形成能力先升高后降低，二是低压时合金元素挥发加剧，样品表面容易形成枝晶，降低非晶相形成几率。另外，压强降低熔体的冷却速率也略有降低，对非晶相影响不明显，但是对M7C3相影响很大，低冷速有利于M7C3相的形核和生长。M7C3共晶相的形成主要由凝固后期液相成分决定，若合金液剩余中的Cr元素较少，Fe、C元素较多，则容易形成共晶相。
　　3.升高熔体过热度对减少复合非晶合金中的晶体相、增加非晶相有明显效果。过热度升高到300 K后，凝固组织中不再出现M7C3共晶相，当过热度超过470K后，不再形成M7C3相，而过热度与非晶相的关系较为复杂。当过热度从200 K升高到300 K时，熔体结构趋于均匀化和无序化，使非晶相含量增加，从300 K到470 K，过热度的升高使冷却速率降低，导致非晶相含量减少，从470 K到550 K，熔体中发生液-液转变，新的液相结构利于非晶形成，抵消了冷速降低的不利影响，样品中非晶相的含量增加。
　　4. Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金中具有形成相分离结构的原子对。透射电镜观察发现，完全非晶样品中为条幅分解的相分离结构，晶体-非晶非复合样品的非晶相中为液滴状析出的相分离结构。分离的两相分别为富（Fe，Si）区和富 Mn区。通过透射电镜中的电子束辐照，可以在Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10非晶合金纳米颗粒中原位诱发相分离转变。

目录

声明

第一章 绪论

1.1非晶合金简介

1.2非晶合金的制备方法

1.3铁基非晶合金的研究现状

1.4复合非晶合金的研究现状

1.5选题意义和内容安排

参考文献

第二章 样品制备与分析检测技术

2.1样品制备

2.2分析检测技术

2.3技术路线图

参考文献

第三章 冷却速率与Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金凝固组织的关系

3.1 引言

3.2 制备方法与对应的冷却速率

3.3 不同冷速下Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金的凝固组织

3.4 Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10非晶合金及复合非晶合金的晶化

3.5 本章小结

参考文献

第四章 环境气氛压力对Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金快速凝固组织的影响

4.1 引言

4.2 不同环境气氛压力下Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金的凝固组织

4.3 环境气氛压力对微观组织的影响因素分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 熔体过热度对Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金快速凝固组织的影响

5.1 引言

5.2 不同过热度下Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10合金的凝固组织

5.3 过热度对微观组织的影响因素分析

5.4 本章小结

参考文献

第六章Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10非晶合金的相分离结构及其在电子辐照下的稳定性

6.1 引言

6.2 Fe56.5Mn11Cr8.5Ni4Si10C10非晶中的相分离结构

6.3 电子辐照诱发原位相分离的观察

6.4 电子辐照诱发相分离的原因分析

6.5 本章小结

参考文献

第七章 结论与创新

7.1 结论

7.2 创新点

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致谢