激光表面处理对工业级锆基块体非晶合金塑性变形能力的影响

目的针对工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金受到原材料中杂质元素和制备环境中氧元素的影响,其本征塑性变形能力较差的问题,研究激光表面处理对工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金在压缩和拉伸条件下塑性变形能力的影响。方法采用低纯原料制备工业级母合金锭子,利用铜模铸造法在低真空环境下制备工业级非晶合金试样,采用激光法对试样进行表面处理,利用万能试验机对激光处理试样的压缩和拉伸力学性能进行测试。通过X射线衍射仪和电子探针对试样的微观组织结构进行表征,采用扫描电镜对力学测试失效后试样的形貌进行微尺度观察。结果经激光表面处理后影响区的深度约为150μm,在影响区内铜元素的含量有所降低,但依然为非晶结构。在压缩条件下,未经激光表面处理的工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金的塑性应变为0,断裂强度为1534 MPa。经过激光表面处理后,试样具有1%的塑性应变,屈服强度为1337 MPa,断裂强度为1562 MPa。在拉伸条件下,激光表面处理前后工业级块体非晶合金的塑性应变均为0,断裂强度也无明显变化,其平均值为1379 MPa。结论通过激光表面处理在工业级Zr_(49.7)Ti_(2)Cu_(37.8)Al_(10)Er_(0.5)块体非晶合金试样表面引起的成分变化和引入的残余应力状态,能够有效促使压缩载荷作用下剪切带的萌生,提高其压缩塑性变形能力。

激光表面处理对工业级锆基块体非晶合金弯曲变形和缺口韧性的影响

目的 改善块体非晶合金的弯曲力学性能,同时考虑航空结构材料选材的经济性,研究激光表面处理工艺对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金弯曲变形和缺口韧性的影响规律。方法 采用低纯原料和低真空制备条件获得工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金试样,考虑到弯曲条件下试样受到拉伸和压缩2种正应力状态,研究不同处理工艺和激光处理表面对试样弯曲变形和缺口韧性的影响。结果 当激光处理表面位于弯曲试样的2个侧表面时,其对试样的塑性变形能力和断裂强度没有明显的影响,但会显著降低试样的缺口韧性,从(56.4±3.4)MPa·m1/2降低到(26.2±4.8)MPa·m1/2;激光处理表面位于弯曲试样的受拉侧时,试样的弯曲断裂强度从2 150 MPa降低到1 800 MPa;当激光处理表面位于弯曲试样的受压侧时,试样的弯曲断裂强度从2 150 MPa提高到2 550 MPa,但对其缺口韧性无明显的影响。结论 激光表面处理在工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金试样表面引起的成分变化和引入的残余应力状态对其弯曲力学行为和缺口韧性的影响,与试样的受力情况紧密相关。残余应力与外载应力的正向耦合能够放大外载应力的作用效果,表面和心部的成分差异也有可能作为应力集中点出现,导致裂纹源的形成,降低试样的断裂强度。