非晶态合金的性能与应用

断裂强度 /GPa / 2.38 / / 3.04 / / / /
硬度Hv /MPa 8.63 7.77 8.19 8.13 7.45 10.79 11.2 8.82 5.68
弹性模量 /GPa 141 129 135 158 122 166 190 125 83.5
? 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。
柔韧的非晶
艾林瓦(Elinvar)特性
材料在一定温度范围内，弹性模量随温度的变化 极小。许多非晶 态铁基合金由于大的自发体积磁致 伸缩导致其弹性模量的变化，形成△ E效应，即艾 林瓦特性。使其在室温附近，弹性模量和剪切弹性 模量不随温度而变化。
右图是弹性模量和温度的关系 图，可以看出， Fe79B21 、 Fe80B20、Fe82B18 、 Fe83B17、Fe85B15 、 Fe86B14 合金在 Tc温度下， E 几乎不随温度变化，硼摩尔分 数为15％~18％的合金， E的 温度系数几乎为零。
? 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 ％ 。 Fe 8 8 B 1 2 合金在晶态时密度为 7.52g/cm3，在非晶态时密度为 7.45g/cm3。
? 某些铁基非晶合金 (例如Co-Fe-B-Si) 在很大频率范围 内都具有很高的磁导率。
? 非晶合金一般具有较高的电阻率， 是相同成分晶态 合金电阻率的 2-3倍，电阻温度系数比晶态合金小。
某些晶态及非晶态合金的电阻率和电阻温度系数
合金 晶态Cu
电阻率(μΩ.cm) 1.72
电阻温度系数(10-6/K) 4330
Baidu Nhomakorabea
Cu55Ni45 Ni80 Cr20 非晶态Cu77Ag8P15 Ni68 Si15 B17 Cu0.6Zr0.4
非晶态合金的性能与应用
非晶态合金的性能
强度、硬度和刚度
? 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。
高强度非晶材料
? 具有超导性能的非晶合金可制成具有良好力学性 能的薄带，为开展超导研究和应用研究提供有利 条件。
磁学性能
? 部分非晶合金具有良好的铁磁性能 。 ? 非晶合金中没有晶界，一般也没有沉淀相粒子等障
碍对磁畴壁的钉扎，所以 非晶合金很容易磁化，矫 顽力极低。
? 金属玻璃经部分晶化后产生的极细晶粒可作为磁畴 壁非均匀形核媒质，细化磁畴，获得比晶态软磁合 分更好的高频 (＜100kHz)软磁性能。
金属玻璃的强度、硬度和弹性模量
合金
Ni36Fe32Cr14P12B6 Ni40Fe20P14B4Si2
Fe80P16C1B1 Fe80Si10B10 Fe80P13C7
Fe80B20 Co77.5 Si12.5B10
Ni60Nb40 Cu50Zr50
屈服强度 /GPa 2.73 2.35 2.44 2.91 2.30 3.63 3.58 1.93 1.80
-195℃- 100℃ 3.2
8.0
4.8
-100℃0℃ 0.12
0.10
0.11
0℃50℃ 0.12
-0.15
0
50℃- 100℃100℃ 200℃
0.12 0.12
-0.15 -0.15
0
0
200℃300℃ 0.12
-0.25
-1.1
电学性能
? 非晶具有长程无序结构，在金属 -类金属非晶合金中 含有较多的类金属元素，对电子有较强的散射。
? 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。
? Fe 80 B20 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。
49.0 103 136 152 350
— 70 -120 0 -90
? 许多非晶 (如Nb-Si ，Mo-Si-B 、Ti-Nb-Si 、W-Si-B 等)在低于临界转变温度时还具有超导性能。
? 在非晶中形成弥散的第二相也可使临界温度、电 流密度等超导性能得到提高。
? Zr65Nb15B20非晶合金经适当退火产生部分晶化， 在基体上形成许多微小晶粒，合金超导临界温度 提高2倍。
，有些甚至在室温时就会发生转变。
非晶的热处理
? （因瓦(Invar)效应）金属玻璃在相当宽的温度范围内，都显示出 很低的热膨胀系数，并且经过适当的热处理，还可进一步降 低非晶合金在室温下的热膨胀系数。
几种非晶合金的热膨胀系数(10-6/℃)
非晶合金
Fe72Co18Zr10 (300℃×1慢冷)
Fe72Ni18Zr10 (急冷状态) Fe68Co17V5Zr10 (急冷状态)
? 非晶合金具有很高强度、硬度、耐磨性能和韧性， 在弯曲、压缩状态时有很好的延性，但拉伸延性、 疲劳强度很低，所以 一般不能单独用作结构材料 。 许多成分的金属玻璃经适当晶化处理后，综合力学 性能会有很大提高。
热学性能
? 非晶态合金处于亚稳态，是温度敏感材料。 ? 如果材料的晶化温度较低，非晶态合金更不稳定
弹性模量和温度的关系
由于非晶合金的亚稳性质， 其弹性模量△ E＝E0-ET随时 间不断下降，相当长时间后达 到稳定(未老化)。
? 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。