CN108796408A - 一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法 - Google Patents

一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，首先利用力学性能测试仪器分别获得基体非晶合金和退火态增强体的屈服强度和温度之间的关系曲线，并从两曲线上找出增强体与基体非晶复合材料屈服强度相等的等强温度Te；然后选取挤压温度低于等强温度Te 30℃～50℃、挤压速度0.001s‑1～0.01s‑1，在选取的挤压温度和挤压速度条件下采用挤压模具对非晶复合材料进行挤压变形强化。本发明采用热挤压变形，与没有经过挤压变形的非晶复合材料相比整体强度提高、非晶复合材料的成形性能、挤压件中非晶合金基体的致密度增加，孔洞减少，基体和增强体的界面状况更理想，耐腐蚀等其他各项性能也有提高。

Description

一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法
技术领域
本发明属于非晶复合材料强韧化和热成形技术领域，具体涉及金属颗粒增强非晶复合材料的塑性变形和强韧化方法。
背景技术
金属颗粒增强非晶复合材料包括基体非晶合金和金属颗粒增强相两个组成部分。在塑性变形过程中，金属颗粒会与非晶合金中的剪切带发生交互作用，阻止剪切带的扩展并诱发多重剪切带的形成。因此，相比于非晶合金，具有更优异的塑性、韧性和成形性能。在航空航天、精密器械、军事化工等领域，非晶复合材料具有更广阔的应用前景。
在金属颗粒增强非晶复合材料零件的受力过程中，尤其快速加载时，由于作为增强体的金属颗粒的强度比非晶合金基体的强度小得多，通常是增强体内部首先失稳，降低了非晶复合材料的强度，影响非晶复合材料零件的服役性能。
金属颗粒增强非晶复合材料一般通过渗流铸造法、增强相骨架烧结法等方法制备。所制备的非晶复合材料内部不够紧密，且基体和第二相的界面结合不够理想。由于制备过程中都伴随有加热，导致非晶复合材料中，作为增强相的金属颗粒处于强度最低的退火态。因此，可针对金属颗粒增强相强度的提高，开发一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法。
发明内容
本发明针对现有金属颗粒增强非晶复合材料的以上性能改进需求，本发明提供了一种非晶复合材料的强化方法，其充分结合金属颗粒增强非晶复合材料中非晶基体和金属颗粒增强体各自的性能特点。该方法不仅可相应的提高金属颗粒增强非晶复合材料中金属颗粒增强体的强度，而且可解决非晶复合材料内部不够紧密，基体和第二相的界面结合不够理想的问题，从而提高非晶复合材料的整体强度，甚至改善其他性能，如成形性能、抗腐蚀性能等。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，包括如下步骤：
(1)利用力学性能测试仪器分别获得基体非晶合金和退火态增强体的屈服强度和温度之间的关系曲线，并从两曲线上找出增强体与基体非晶复合材料屈服强度相等的等强温度Te；
(2)选取挤压温度低于等强温度Te 30℃～50℃、挤压速度0.001s-1～0.01s-1，在选取的挤压温度和挤压速度条件下采用挤压模具对非晶复合材料进行挤压变形强化。
优选地，步骤(1)所述力学性能测试方法采用压缩试验。
优选地，在步骤(2)所选挤压变形强化条件下，增强体的屈服强度应低于基体非晶合金的屈服强度。
优选地，步骤(1)及步骤(2)复合材料所承受的温度均低于基体非晶合金的晶化温度Tx。
优选地，步骤(1)及步骤(2)中复合材料所承受的温度均低于增强体金属的再结晶温度T再。
优选地，步骤(2)所使用的挤压比范围为3：2～2：1。
优选地，步骤(2)挤压模具为出口端内径小于入口端内径的空心管状模具。
优选地，所述的挤压模具出口角范围为120°～135°。
优选地，所述基体非晶合金为Zr基非晶合金，所述增强体为W金属。
优选地，所述基体非晶合金为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用热挤压变形，与没有经过挤压变形的非晶复合材料相比，挤压件中金属颗粒增强相因塑性变形而处于形变强化状态，强度提高，从而整体强度提高。
(2)本发明采用热挤压变形，与没有经过挤压变形的非晶复合材料相比，挤压件中虽然金属颗粒增强相的体积分数不变，但长径比增加，与非晶基体的接触面积增加，可提高非晶复合材料的成形性能。
(3)本发明采用热挤压变形，与没有经过挤压变形的非晶复合材料相比，挤压件中非晶合金基体的致密度增加，孔洞减少，基体和增强体的界面状况更理想，耐腐蚀等其他各项性能也有提高。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是金属基复合材料中金属颗粒增强相形貌及分布情况示意图；
图2是非晶合金和金属增强体屈服强度和温度之间的关系曲线示意图；
图3是本发明实施例1非晶合金和金属增强体屈服强度和温度之间的关系曲线示意图；
图4是按照本发明实施例1所采用的挤压模具图；
图5是按照本发明实施例2所采用的挤压模具图；
图6是采用本发明强化方法后金属基复合材料中金属颗粒增强相形貌示意图。
图中的附图标注为：
1，基体非晶合金；2，金属颗粒增强相；3，挤压模具；4，金属棒材。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
图1是强化前金属基复合材料中金属颗粒增强相形貌及分布情况示意图。图1显示，强化处理前，金属颗粒增强相大致为等轴状，此时金属颗粒增强相处于强度最低的退火态。
选用力学性能测试仪测量基体非晶合金和退火态的金属颗粒增强相在不同温度下的屈服强度，并建立如图2所示的基体非晶合金和退火态的增强相金属的屈服强度与温度之间的关系曲线，增强体和基体非晶合金的屈服强度均随温度的上升而降低，且基体非晶合金的屈服强度降低幅度更大，因此存在一个增强体与基体非晶复合材料屈服强度相等的等强温度Te。
为保证强化效果和挤压质量，所选的挤压温度需要低于Te，但不能低Te太多，故选择低于Te 30℃～50℃的温度进行挤压强化变形。此外，非晶合金的测试和挤压温度均不可超过其晶化温度Tx，以免非晶失效。增强金属测试和挤压温度均不可超过其再结晶温度T再，以免挤压强化过程中，增强体金属发生再结晶。
在保证挤压强化后非晶复合材料表面质量的前提下，为达到更好的强化效果，可选用0.001s-1～0.01s-1范围内更接近0.01s-1的挤压速度。
实施例1
选用(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料金属棒材为实施例材料。如前所述，选用应变速率0.008s-1，利用高温压缩试验机分别测得金属W和Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金的屈服强度与温度的关系如图3所示。由图可知，获得金属W和Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金的等强温度Te为430℃，此外可知基体非晶合金Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5的晶化温度Tx为497℃，故测试阶段非晶合金的升温不超过497℃。增强体金属W的再结晶温度为1188℃，故测试阶段增强体的升温不超过1188℃。依据等强温度Te选择该(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料的强化挤压温度为390℃。
为保证挤压强化过程中颗粒增强相的强化效果和与基体合金的整体配合，挤压比调节范围在3：2至2：1之间。为保证挤压过程中棒料的流动性，避免挤不出或产生内部裂纹，出口角的范围为120°～135°。选择的挤压温度为低于等强温度Te30℃～50℃主要为了保证强化效果和挤压质量。否则，挤压后的(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料的强度可能低于初始强度。
图4为采用挤压模具对非晶复合材料进行挤压强化的剖视图。所采用的挤压模具挤压比为3：2，出口角为135°。将直径为12mm的(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料棒料放入挤压模具进行挤压。依据前述试验结果选取挤压温度为390℃，选取应变速率为0.008s-1。挤压后，该(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料棒料直径变为8mm。经测量，(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料经该挤压强化后，强度提高8％左右。
挤压后的金属基复合材料中金属颗粒增强相的形貌示意图如图6所示。(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料经挤压变形后，内部的W金属颗粒增强相不仅外形上发生了如图6所示的改变，长径比增加，且发生了形变强化，强度增加。由于挤压变形增加了W金属颗粒增强相的强度，改善了W金属颗粒与Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金基体的界面结合状态及整个非晶复合材料的致密度，(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料的整体强度增加。
实施例2
采用实施例1相同的非晶复合材料，选择不同的挤压模具，如图5所示，挤压模具挤压比为2：1，出口角为120°。将直径为12mm的(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料棒料放入挤压模具进行挤压。依据前述试验结果选取挤压温度为380℃，选取应变速率为0.008s-1。挤压后，该(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料棒料直径变为6mm。经测量，(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料经该挤压强化后，强度提高10％左右。
对比例1
采用实施例1相同的非晶复合材料棒材及挤压模具，选择挤压温度为420℃，应变速率为0.008s-1，经测量，(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料经该挤压强化后，强度低于初始强度。
对比例2
采用实施例1相同的非晶复合材料棒材，选择挤压温度为390℃，应变速率为0.008s-1，选择挤压模具挤压比为3:1，出口角为115°，经测量，(40％)WP/Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶复合材料经该挤压强化后，强度与初始强度相当，但是挤压难度较大。
在不改变本发明原始发明构思的前提下，还可以选用其他挤压或塑性变形装置进行挤压强化。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用力学性能测试仪器分别获得基体非晶合金和退火态增强体的屈服强度和温度之间的关系曲线，并从两曲线上找出增强体与基体非晶复合材料屈服强度相等的等强温度Te；
(2)选取挤压温度低于等强温度Te 30℃～50℃、挤压速度0.001s-1～0.01s-1，在选取的挤压温度和挤压速度条件下采用挤压模具对非晶复合材料进行挤压变形强化。
2.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，步骤(1)所述力学性能测试方法采用压缩试验。
3.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，在步骤(2)所选挤压变形强化条件下，增强体的屈服强度应低于基体非晶合金的屈服强度。
4.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，步骤(1)及步骤(2)复合材料所承受的温度均低于基体非晶合金的晶化温度Tx。
5.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，步骤(1)及步骤(2)中复合材料所承受的温度均低于增强体金属的再结晶温度T再。
6.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，步骤(2)所使用的挤压比范围为3：2～2：1。
7.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，步骤(2)挤压模具为出口端内径小于入口端内径的空心管状模具。
8.根据权利要求7所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，所述的挤压模具出口角范围为120°～135°。
9.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，所述基体非晶合金为Zr基非晶合金，所述增强体为W金属。
10.根据权利要求1所述的金属颗粒增强非晶复合材料的强化方法，其特征在于，所述基体非晶合金为Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111074177A (zh) * 2020-01-17 2020-04-28 太原理工大学 一种非晶复合材料及其制备柔性联轴器膜片的方法
CN113477922A (zh) * 2021-06-07 2021-10-08 常州世竟液态金属有限公司 非晶合金粉末高致密热塑成型方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002283012A (ja) * 2001-03-28 2002-10-02 Nippon Steel Corp 薄帯形成能良好な鉄系非晶質合金
CN1683094A (zh) * 2004-04-12 2005-10-19 北京有色金属研究总院 一种块体非晶合金坯件的加工方法及其所使用的设备
CN103469119A (zh) * 2013-08-15 2013-12-25 华南理工大学 一种非晶复合材料及其制备方法和应用
CN204108005U (zh) * 2014-08-27 2015-01-21 山东科技大学 一种非晶态合金圆管挤压成形装置
CN105598570A (zh) * 2010-01-04 2016-05-25 科卢斯博知识产权有限公司 非晶态合金密封件和结合件

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002283012A (ja) * 2001-03-28 2002-10-02 Nippon Steel Corp 薄帯形成能良好な鉄系非晶質合金
CN1683094A (zh) * 2004-04-12 2005-10-19 北京有色金属研究总院 一种块体非晶合金坯件的加工方法及其所使用的设备
CN105598570A (zh) * 2010-01-04 2016-05-25 科卢斯博知识产权有限公司 非晶态合金密封件和结合件
CN103469119A (zh) * 2013-08-15 2013-12-25 华南理工大学 一种非晶复合材料及其制备方法和应用
CN204108005U (zh) * 2014-08-27 2015-01-21 山东科技大学 一种非晶态合金圆管挤压成形装置

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAE JIN HA等: "Tensile deformation behavior of two Ti-based amorphous matrix composites containing ductile β dendrites", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A》 *
Q.WANG等: "High temperature homogeneous plastic flow behavior of a Zr based bulk metallic glass matrix composite", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
XIAOHONG SU等: "The Research Progress of Zr Based Amorphous Composite Materials", 《IOP CONFERENCE SERIES: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING》 *
喻更生等: "Zr基大块非晶挤压特性研究", 《湘潭大学自然科学学报》 *
邱克强等: "钨颗粒增强大块非晶复合材料", 《稀有金属材料与工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111074177A (zh) * 2020-01-17 2020-04-28 太原理工大学 一种非晶复合材料及其制备柔性联轴器膜片的方法
CN113477922A (zh) * 2021-06-07 2021-10-08 常州世竟液态金属有限公司 非晶合金粉末高致密热塑成型方法

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