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電流退火對 Fe78Si9B13非晶合金性能及塑性變形的影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-08-12  瀏覽次數(shù)：3053
Fe78Si9B13是一種鐵基非晶合金材料，具有高硬度、高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性，在電力、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于其獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)和變形機(jī)制，一般呈現(xiàn)出無序且各向同性，使其在不同方向上的物理性質(zhì)相同，所以Fe78Si9B13合金存在室溫塑性較差、易發(fā)生脆性斷裂等缺點(diǎn)，極大地限制了其塑性成形，導(dǎo)致其在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用受限。熱處理是改善金屬材料性能的重要方式，退火是熱處理工藝中的關(guān)鍵方法之一，金屬材料在加載電流后其組織性能可能會發(fā)生顯著變化，如電致熱處理（電流退火）后塑性提高、變形抗力降低等。相較于傳統(tǒng)退火，電流退火則引起了眾多學(xué)者的研究興趣。

來自太原理工大學(xué)的牛小淼等通過傳統(tǒng)退火和電流退火改變Fe78Si9B13非晶合金薄帶的塑性，對退火樣品進(jìn)行納米壓痕測試和塑性成形試驗(yàn)，驗(yàn)證兩種退火工藝下Fe78Si9B13非晶合金薄帶的性能和成形效果。相關(guān)研究成果于2024年7月在《金屬熱處理》發(fā)表。

研究人員使用加熱臺對Fe78Si9B13非晶合金帶材進(jìn)行傳統(tǒng)退火處理，使用示波器、功率放大器和紅外測溫儀等設(shè)備搭建的電流退火裝置，對非晶合金帶材進(jìn)行電流退火處理（圖1）。退火溫度分別為100、200、300、400、500和600℃，退火時間20min。采用差示掃描量熱儀和Ｘ射線衍射儀分析合金帶材的熱穩(wěn)定性及不同退火工藝下的微觀結(jié)構(gòu)（圖2）。采用納米壓痕儀對比分析不同退火工藝下的力學(xué)性能和變形機(jī)制。采用薄帶成形裝置對退火后的非晶合金進(jìn)行塑性成形，驗(yàn)證退火工藝對其成形效果的影響（圖3-6）。Fe78Si9B13非晶合金基本參數(shù)如表1所示。結(jié)果表明：Fe78Si9B13非晶合金具有良好的熱穩(wěn)定性，DSC曲線存在兩個明顯的放熱峰，分別對應(yīng)兩次晶化過程，并且測量出其晶化溫度為520℃。非晶合金在低于晶化溫度退火時，XRD測試結(jié)果表明合金未產(chǎn)生明顯晶化。經(jīng)傳統(tǒng)退火和電流退火后,Fe78Si9B13非晶合金的力學(xué)性能有部分改善,退火溫度低于400℃時,非晶薄帶的彈性模量和硬度產(chǎn)生了不同程度的降低,且在相同溫度下,電流退火處理的樣品硬度較低。因?yàn)榉蔷Ш辖鸬淖冃涡袨橹饕芗羟袔Ш妥杂审w積的影響,而電流退火使團(tuán)簇間的吸引關(guān)聯(lián)作用減弱,導(dǎo)致剪切帶粘度降低及自由體積增加,有利于非晶合金的塑性成形。對退火溫度低于400℃的非晶合金進(jìn)行塑性變形,非晶合金薄帶斷裂時的位移量相對于退火前均有不同程度的提升,與納米壓痕最大位移提高的結(jié)果相吻合。

本項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。


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