| 题名 | Zr55Al10Ni5Cu30金属玻璃的焊接性与力学性能研究 |
| 作者 | 覃作祥 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-12-30 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 王中光 |
| 关键词 | 金属玻璃 动态机械分析 摩擦焊 搅拌摩擦焊 激光焊接 |
| 其他题名 | Weldability and Mechanical Poperties of Zr55Al10Ni5Cu30 Bulk Metallic Glass |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 金属玻璃作为一种新型工程材料，具有高的强度、硬度、高的弹性能和高的抗腐蚀性，有着广阔的应用前景。通常，金属玻璃的尺寸较小，大大地限制了金属玻璃的应用。如何把金属玻璃的尺寸做得更大，是非晶研究工作者一直追求的主要目标。一种方法是通过优化合金成分来获得较大尺寸的金属玻璃；另一种方法就是将小尺寸的金属玻璃通过焊接的方法制成大尺寸的金属玻璃。本文在研究Zr55Al10Ni5Cu30金属玻璃在高温下的力学行为的基础上，通过采用摩擦焊、搅拌摩擦焊、激光焊接等方法研究了Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃的焊接问题，并分析焊接接头的微观组织结构和测定其力学性能。取得的主要成果为： 金属玻璃在过冷液相区具有很好的塑性和粘性，其产生均匀塑性流变的应力较小，其储能模量较玻璃态时下降了96%，损耗因子达到2.34以上，金属玻璃变得很软；由于软化导致储存模量大幅减小，同时损耗模量和损耗因子迅速变大，并出现一个极大值。随着温度的升高，当Zr55Al10Ni5Cu30金属玻璃晶化后，玻璃态金属体积分数下降，其粘度增大。 在过冷液相区，加载频率显著影响储存模量、损耗模量，损耗因子，低频下更能反映金属玻璃的粘弹性。当施力频率增大时，金属玻璃状态变硬。 采用摩擦焊对Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃进行了焊接，当焊机主轴转速为4000~5000rpm、摩擦压力80~100MPa、摩擦时间为0.2~0.4s，顶锻压力和保压时间分别为200MPa和2s时，能够成功实施Zr55Al10Ni5Cu30金属玻璃的焊接。用XRD、SEM和TEM观察分析未检测到晶化相，焊缝处金属仍保持非晶状态。Zr55Al10Ni5Cu30块体金属玻璃与Cu和Al之间的性质差异较大而难以实现摩擦焊焊接。 用搅拌摩擦焊方法成功将性质差异极大的金属玻璃与纯铝焊接在一起。搅拌头旋转速度、焊接压力和焊接速度是控制焊缝质量的重要因素。对焊缝的分析表明，焊缝致密，无裂纹夹杂等缺陷，焊缝组织是金属玻璃和铝的机械混合物，其中的金属玻璃仍保持非晶状态，铝的晶粒细化，焊缝的硬度比纯铝高2-9倍，强度明显高于纯铝，拉伸断口位于焊缝边缘的铝侧，断口为典型的韧性断裂。 用CO2激光可实施金属玻璃的焊接，对2mm厚的金属玻璃选择焊接功率1100-1200W，5-6m/min的焊速能够获得较佳的效果。观察与分析结果表明，焊缝成形好，接头无气孔、夹杂等宏观缺陷。焊缝的组成主要是非晶，也有少量的晶态相，而热影响区却产生部分晶化，母材、热影响区、焊缝的硬度相同，拉伸时，其强度为母材的2/3～4/5，断口位于焊缝处且为正断，裂纹起源于热影响区，断口的微观形貌为脉纹结构。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 108 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16889]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 覃作祥. Zr55Al10Ni5Cu30金属玻璃的焊接性与力学性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
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