【摘 要】
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与晶体材料相比,Hf基非晶合金中不存在位错和晶粒等,因而具有优异的力学性能,且该系列非晶密度较大,是一种潜在的药型罩材料。但Hf基非晶合金存在玻璃形成能力强和密度大不能共存、室温下几乎没有塑性而难以加工等问题,制约了 Hf基非晶合金作为药型罩材料的应用。为提高其玻璃形成能力,本文以密度为8.7932 g/cm3的Hf30Be18Ti16Zr16Cu7.5Ni12.5非晶合金为基础,通过改变合金元素
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与晶体材料相比,Hf基非晶合金中不存在位错和晶粒等,因而具有优异的力学性能,且该系列非晶密度较大,是一种潜在的药型罩材料。但Hf基非晶合金存在玻璃形成能力强和密度大不能共存、室温下几乎没有塑性而难以加工等问题,制约了 Hf基非晶合金作为药型罩材料的应用。为提高其玻璃形成能力,本文以密度为8.7932 g/cm3的Hf30Be18Ti16Zr16Cu7.5Ni12.5非晶合金为基础,通过改变合金元素Cu/Ni比,来改善Hf基非晶合金的玻璃形成能力,开发出高玻璃形成能力和高密度同时具备的Hf基非晶合金,制备出不同口径的非晶合金药型罩,研究了 Hf基非晶合金在过冷液相区的变形行为,分析了变形条件对晶化和流变行为的影响,为非晶合金药型罩进一步精密加工成型提供了技术支持。主要研究成果如下:（1）研究了Cu/Ni比对Hf基非晶合金的玻璃形成能力的影响。Cu/Ni比为0.21时,对应的非晶成分为Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5,非晶形成能力最好,其临界尺寸达到18 mm,过冷液相区为 61.15 K,硬度为 650 HV,摩擦系数为 0.4149。在 Hf30Be18Ti16Zr16Cu7.5-xNi1 2.5+x合金系中,随着Cu/Ni比的减小,等效原子尺寸差异值δ和等效电负性差异值Δx随之增大,混合焓△Hmix随之减小,导致原子长程重排的困难,有效的抑制了结晶过程,提高原子间的堆垛密度,促进局部原子团簇的形成,抑制原子的扩散和重排,从而有利于非晶形成能力的提高。（2）制备出了50mm口径非晶合金药型罩和100mm口径非晶合金药型罩。分别设计出了 50mm口径非晶合金药型罩和100mm口径非晶合金药型罩的模具,模具主体材料采用纯铜,挡板和引流模具材料采用高纯石墨。50mm口径非晶合金药型罩的用量较少,可成型的浇铸温度为1110±20℃～1510±20℃,在1210±20℃下进行浇铸才能制备出完全非晶态的药型罩。与50mm口径非晶合金药型罩的用量相比,100mm口径非晶合金药型罩的用量翻倍,蓄热量大,可成型的浇铸温度为1110±20℃～1410±20℃,在1410±20℃下进行浇铸才能制备出完全非晶态的药型罩。（3）与 Hf30Be18Ti16Zr16Cu7.5Ni12.5非晶合金的ΔT（59.49 K）相比,Hf30Be18Ti16Zr16 Cu3.5Ni165非晶合金的ΔT（61.15 K）更大,热稳定性更好。因此选择Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5非晶合金进行等温退火研究,随着温度越高,保温时间越长下,晶化峰的强度越来越高,晶化程度越来越大。并且初步选择出了适合Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5非晶合金进行超塑性成形的区间:温度为663 K-693 K,应变速率为5×10-4s-1-1×10-2 s-1。（4）Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5非晶合金的超塑性变形主要受应变速率和变形温度的影响,随着温度的升高或应变速率的减小,非晶合金的均匀变形从非牛顿流变转变成牛顿流变。变形温度越高,Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5非晶合金的非晶态向晶态转变越明显;当变形温度较低时,合金仍为非晶态结构;而在变形温度高于673 K时,随着变形温度的升高,合金的晶化程度不断增大。（5）非晶合金具有最佳的超塑性变形能力的特点为牛顿粘性流变和不发生晶化,根据Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5非晶合金的流变行为和组织分析结果,得出了Hf30Be18Ti16Zr16Cu3.5Ni16.5非晶合金超塑性变形最佳加工参数:温度为663 K-693 K,应变速率为5×10-4 s-1-1×10-3s-1,为非晶合金药型罩进一步精密加工成型提供了技术支持。
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