第八章非晶态合金讲解.pptVIP

非晶体与晶体都是由气态、液态凝结而成的固体，由于冷却速率不同，造成结构的迥然不同。 晶体是典型的有序结构，原子有规则地排列在晶体点阵上形成对称性；非晶态与气态、液态在结构上同属无序结构，它是通过足够快的冷却发生液体的连续转变，冻结成非晶态固体。 非晶固体的原子类似液体原子的排列状态，但它与液体又有不同： 液体分子很易滑动，粘滞系数很小；非晶固体分子是不能滑动的，粘滞系数约为液体的1014倍，它具有很大的刚性与固定形状。 液体原子随机排列，除局部结构起伏外，几乎是完全无序混乱；非晶排列无序并不是完全混乱，而是破坏了长程有序的周期性和平移对称性，形成一种有缺陷的、不完整的有序，即最近邻或局域短程有序（在小于几个原子间距的区间内保持着位形和组分的某些有序特征）。 非晶材料在微观结构上具有以下基本特征： 存在小区间的短程有序，在近邻或次近邻原子的键合具有一定规律性，但没有任何长程有序。 温度升高，非晶材料会发生明显的结构转变，因此它是一类亚稳态材料，但亚稳态转变到自由能最低的稳态须克服一定的能量势垒，因此这种亚稳态在一定温度范围内长期稳定存在；当加热温度超过一定值Tc(晶化温度)后就会发生稳定化转变，形成晶态合金。 金属玻璃结构亚稳性不仅包括温度达到Tc以上发生的晶化，还包括低温加热时发生的结构弛豫。 在低于晶化温度Tc下退火时，合金内部原子的相对位置会发生较小变化，合金密度增加，应力减小，能量降低，使金属玻璃的结构逐步接近有序度较高的“理想玻璃”结构，这种结构变化称为结构弛豫。 发生结构弛豫的同时，非晶合金的密度、比热、粘度、电阻、弹性模量等性质也会产生相应变化。 金属玻璃在高于晶化温度Tc退火时，由于热激活的能量增大，非晶合金克服稳定化转变势垒，转变成自由能更低的晶态。 晶化中金属玻璃的结构变化较大，一般涉及原子长程扩散，所需激活能比发生结构弛豫时高。晶化中发生相应的结构变化，合金许多性质也会产生较大的变化。 非晶晶化结晶与凝固结晶类似，也是一个形核和长大的过程。 晶化是固态反应过程，受原子在固相中的扩散支配，所以晶化速度没有凝固结晶快。 非晶比熔体在结构上更接近晶态，晶化形核时作为主要阻力的界面能比凝固时固液界面能小，因而形核率很高，非晶合金晶化后晶粒十分细小。 实际快速凝固中，形成非晶同时也可能形成一些细小的晶粒，它们在非晶晶化时可作为非均匀形核媒质。此外，非晶中的夹杂物、自由表面等都可使晶化以非均匀形核方式进行。 非晶的结构弛豫和晶化都是结构失稳时产生的变化，非晶的结构稳定性主要取决以下因素： 合金组元的种类和含量：组元种类和含量的变化会改变原子键合强度和短程有序程度。 凝固冷速：冷速越高，金属玻璃的自由能就会越高，相应的结构稳定性会越低，在一定条件下越容易产生结构弛豫和晶化。选择适当的凝固冷速对保证金属玻璃稳定性十分重要。 其它一些因素也能影响金属玻璃的结构稳定性： 退火温度一定时，组态熵较大的合金晶化激活能较大，非晶发生结构弛豫或晶化所需激活能越大，非晶结构就越稳定。 玻璃形成能力(GFA)较强的合金形成的非晶结构稳定性较高，共晶成分或接近共晶成分的合金GFA很强，它们形成的非晶稳定性一般都很高。 中子辐照可使极细晶粒非晶化，消除非晶合金晶化时非均匀形核媒质，提高非晶合金的稳定性。 非晶中原子有较强的键合，特别是金属-类金属非晶中原子键合比一般晶态合金强得多； 非晶合金中原子排列长程无序，缺乏周期性，合金受力时不会产生滑移。 非晶合金具有很高的强度、硬度和较高的刚度，是强度最高的实用材料之一。 金属玻璃的强度、硬度和弹性模量 一些非晶合金的强度甚至超过了高强度马氏体时效钢(σs约2GPa)，强度最高的Fe80B20的屈服强度与经过冷拉的钢丝差不多。 金属玻璃具有很好的室温强度和硬度的同时，也具有很好的耐磨性能，在相同的试验条件下磨损速度与WCrCo耐磨合金差不多。 韧性和延性 非晶合金不仅具有很高的强度和硬度，与脆性的无机玻璃截然不同，还具有很好的韧性，并且在一定的受力条件下还具有较好的延性。 Fe80B20非晶合金的断裂韧性可达12MPa.m-1/2，这比强度相近的其它材料的韧性高得多，比石英玻璃的断裂韧性约高二个数量级。 金属玻璃的塑性与外力方向有关，处于压缩、剪切、弯曲状态时，金属玻璃具有很好的延性，非晶合金的压缩延伸率可达40％，轧制时压下率为50％以上也不会产生断裂，薄带对弯至180度一般也不会断裂。 金属玻璃在拉伸应力条件下的延伸率很低，一般只有约0.1%。 非晶合金的弹性模量比晶态合金略低。 非晶合金在外力作用下应变不均勾，受疲劳应力作用时疲劳裂纹容易形核，疲劳寿命较低。 密度 非晶是一种短程有序密排结构，与长程有序的晶态密排结构相比，非晶合金的密度一般比成分相近的晶态合金低1-2％。Fe88B12合金在