电流退火对 Fe78Si9B13非晶合金性能及塑性变形的影响

发布日期：2024-08-12 浏览次数：2562

Fe78Si9B13是一种铁基非晶合金材料，具有高硬度、高强度、优异的耐磨性和耐腐蚀性，在电力、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。然而，由于其独特的组织结构和变形机制，一般呈现出无序且各向同性，使其在不同方向上的物理性质相同，所以Fe78Si9B13合金存在室温塑性较差、易发生脆性断裂等缺点，极大地限制了其塑性成形，导致其在医疗器械领域的应用受限。热处理是改善金属材料性能的重要方式，退火是热处理工艺中的关键方法之一，金属材料在加载电流后其组织性能可能会发生显著变化，如电致热处理（电流退火）后塑性提高、变形抗力降低等。相较于传统退火，电流退火则引起了众多学者的研究兴趣。

来自太原理工大学的牛小淼等通过传统退火和电流退火改变Fe78Si9B13非晶合金薄带的塑性，对退火样品进行纳米压痕测试和塑性成形试验，验证两种退火工艺下Fe78Si9B13非晶合金薄带的性能和成形效果。相关研究成果于2024年7月在《金属热处理》发表。

研究人员使用加热台对Fe78Si9B13非晶合金带材进行传统退火处理，使用示波器、功率放大器和红外测温仪等设备搭建的电流退火装置，对非晶合金带材进行电流退火处理（图1）。退火温度分别为100、200、300、400、500和600℃，退火时间20min。采用差示扫描量热仪和Ｘ射线衍射仪分析合金带材的热稳定性及不同退火工艺下的微观结构（图2）。采用纳米压痕仪对比分析不同退火工艺下的力学性能和变形机制。采用薄带成形装置对退火后的非晶合金进行塑性成形，验证退火工艺对其成形效果的影响（图3-6）。Fe78Si9B13非晶合金基本参数如表1所示。结果表明：Fe78Si9B13非晶合金具有良好的热稳定性，DSC曲线存在两个明显的放热峰，分别对应两次晶化过程，并且测量出其晶化温度为520℃。非晶合金在低于晶化温度退火时，XRD测试结果表明合金未产生明显晶化。经传统退火和电流退火后,Fe78Si9B13非晶合金的力学性能有部分改善,退火温度低于400℃时,非晶薄带的弹性模量和硬度产生了不同程度的降低,且在相同温度下,电流退火处理的样品硬度较低。因为非晶合金的变形行为主要受剪切带和自由体积的影响,而电流退火使团簇间的吸引关联作用减弱,导致剪切带粘度降低及自由体积增加,有利于非晶合金的塑性成形。对退火温度低于400℃的非晶合金进行塑性变形,非晶合金薄带断裂时的位移量相对于退火前均有不同程度的提升,与纳米压痕最大位移提高的结果相吻合。

本项工作得到了国家自然科学基金、山西省基础研究计划等项目的支持。

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