● 摘要
本研究成功研制出新的具有良好非晶形成能力和力学性能的Fe-Cr-Mo-C-B-Sm块体非晶合金。研究了Fe43Cr16Mo16C15B10-xSmx(x=0,1,2,4,6) 块体非晶合金的非晶形成能力、力学性能、耐腐蚀性能、晶化动力学,并探讨了添加微量Sm(Samarium)元素对非晶形成能力、力学性能、耐腐蚀性能的影响及产生影响的机理。为进一步改善非晶合金的力学性能,提高塑性,还进行了强韧化机制的研究。通过对Fe-Cr-Mo-C-B-Sm合金非晶形成能力的研究表明:添加微量Sm元素提高了该类合金的热稳定性和非晶形成能力,分析其原因为:添加Sm有利于形成稳定的过冷液体区间,并且Sm有除氧效果。添加Sm也提高了非晶合金的压缩断裂强度,但是没有改变断裂时的脆断行为。通过对Fe43Cr16Mo16C15B8Sm2的变速升温实验的研究表明:晶化过程具有明显的动力学特征。根据Kissinger方程得到该非晶合金的晶化激活能Ep为341KJ/mol。较高的晶化激活能,表明该系块体非晶合金在过冷液相区具有良好的热稳定性。等温实验的研究表明:该系块体非晶合金在过冷液相区内各个温度下的等温晶化过程,均遵循晶体形核/长大模式,晶体生长为扩散控制的三维生长。以Fe43Cr16Mo16C15B10-xSmx块体非晶合金的研究为基础,采用块体非晶合金成分设计理念,设计并制取Fe70Cr10(Mo20-x-y-zCxBySmz)20合金进行力学性能和组织结构的研究,发现:没有得到预期的非晶/纳米晶复相材料,但这些具有细微组织的合金同时具有非晶合金的高强度和晶体合金的韧性,在基础理论和应用方面都有重要意义。通过耐蚀性研究发现:Sm的添加提高了Fe43Cr16Mo16C15B10-xSmx (x=0,1,2,4)块体非晶合金的耐蚀性,随Sm添加量的增加,合金的耐蚀性逐渐提高。当Sm添加到一定量时,合金的耐蚀性又开始下降,这可能与稀土元素添加产生复杂的化学特性有关。与晶态Fe-Cr-Mo-C-B-Sm合金相比,非晶态Fe-Cr-Mo-C-B-Sm合金具有更高的耐蚀性。
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