CN111705278A - 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法 - Google Patents

一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111705278A
CN111705278A CN202010427132.8A CN202010427132A CN111705278A CN 111705278 A CN111705278 A CN 111705278A CN 202010427132 A CN202010427132 A CN 202010427132A CN 111705278 A CN111705278 A CN 111705278A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amorphous alloy
cyclic loading
sample
loading
rejuvenation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010427132.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111705278B (zh
Inventor
黄平
刘震
王飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010427132.8A priority Critical patent/CN111705278B/zh
Publication of CN111705278A publication Critical patent/CN111705278A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111705278B publication Critical patent/CN111705278B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法，属于非晶合金材料领域。步骤如下：(1)选取洁净的La基非晶合金试样；(2)将试样进行单悬臂梁循环加载处理：将试样放在Q800 DMA单悬臂梁夹具上，夹具固定端施加5N的扭力，自由端保证夹具贴紧，关闭外壳并通入氮气保护气体，设定振动频率10Hz，温度30℃，时间2小时；(3)通过纳米压痕仪对循环加载后非晶合金块体试样进行表面硬度分析，达到一定应力后的循环加载后，表面硬度会有一个20％的下降。这种加载方式对于脆性较大的非晶合金也有很好的回春效果，为进一步改善非晶合金的塑性变形能力提供了新的思路与方案。

Description

一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法
技术领域
本发明属于非晶合金材料领域，具体涉及一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法。
背景技术
非晶态合金(又称金属玻璃)是50多年前偶然发现的一类新型非晶材料，与具有短长有序特征的结晶金属和合金不同，具有非晶无序原子结构的非晶合金具有独特而有趣的机械、化学和物理特性，这些特性已被证明具有学术和实用价值。例如，由于在无序晶格结构中没有位错缺陷，大多数非晶合金的强度和弹性极限远高于传统的晶体合金和其他工程材料，并且在室温下具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
然而，同样由于这种结构的非晶化，也出现了一些具有挑战性的问题，如室温脆化等，这严重阻碍了非晶合金作为结构材料的应用。而由于非晶态合金的热力学不平衡，其原子结构总是倾向于向低能态演化，这在各种玻璃普遍存在的结构弛豫和物理时效现象中可以看到。相反地，非晶合金的原子结构也可以通过机械过程达到其势能场中非常高的能量而回春，一般回春态的非晶合金硬度更低、塑性更好。
例如，现有技术CN 101967552 A提供了一种应用循环加载的方式提高非晶合金塑性的方法，其循环加载为非对称的轴向载荷，即单向压缩，通过这种方法可以较好的改善非晶合金的塑性。但是，这种方式对于脆性更大的非晶合金，如La系非晶合金来说效果较差，需要有一种更温和的加载方式促进脆性更大的非晶合金的回春，改善其塑性。
发明内容
本发明通过弯曲变形的手段达到使非晶合金表面经历不同程度的循环加载，利用悬臂梁加载的方式，实现非晶合金内轴向应力的对称循环加载。利用这种方式可以实现块体非晶合金表面受力自固定端到自由端的梯度变化。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法，包括以下步骤：
首先，将切割、打磨、抛光并在80-120℃下退火0.5-3小时的镧(La)基非晶合金放入单悬臂梁夹具上；
利用跨距为5-20mm、固定端预加载扭力为1-5N的单悬臂梁加载方式使非晶合金表面产生内应力大小梯度变化的循环加载；
取出循环加载后的试样。
所述镧(La)基非晶合金是指成分为镧(La)、镍(Ni)、铝(Al)的非晶合金，其中，镧元素比例为55％-70％，镍元素比例为15％-25％，铝元素比例为15％-25％；
所述循环加载的最大应力优选为80-120MPa；
循环加载的振动频率优选为10-50Hz；
循环加载的加载时间优选为1-2小时。
本发明的效果：本发明提出的循环加载驱动非晶合金回春的方法使非晶合金硬度显著下降，且弛豫能有较明显的增大。通过悬臂梁加载，使非晶合金块体表面发生梯度变化，使得在固定端区域的非晶合金的硬度下降20％，促进了非晶合金的回春。这种加载方式对于脆性较大的非晶合金也有很好的回春效果，为进一步改善非晶合金的塑性变形能力提供了新的思路与方案。
附图说明
图1是本发明使用的悬臂梁循环加载的示意图。
图2是本发明被振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。
图3是本发明振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样固定端与自由端区域的差示扫描量热图。
图4是本发明跨距5mm、频率10Hz的循环载荷加载2小时前后的经退火处理的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
图1是本发明使用的悬臂梁循环加载的示意图，左上说明了夹具与试样的相对位置，下方表示在此加载模式下，材料内应力从固定端(fixed end)到自由端(free end)是逐渐降低的，而右方的图表示循环加载的频率，此图表示固定频率为10Hz。
图2是本发明被振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。图上共有10个点，代表10个连续的区域所对应的的硬度大小，所示的区域中心点间隔为1mm，图中可以看到固定端区域1的硬度较自由端区域10的硬度有一个很大的下降。
图3是本发明振幅400μm、频率10Hz的循环载荷加载2小时后的镧基非晶合金试样固定端与自由端区域的差示扫描量热图。其中小图部分是差示扫描量热图的局部放大，其中峰值更高的线对应的是应力更大的区域1，这条线与基线包围的面积更大意味着有试样有更高的弛豫能，说明区域1对应部分的试样发生了明显回春现象。
实施例1
(1)制备La60Ni25Al15非晶合金板：将纯度≥99.9％的La、Ni、Al 3种金属块体按照原子百分比60:25:15进行配比，然后在高纯氩气气氛保护下，用电弧熔炼炉进行熔炼，重复熔炼5遍，形成合金铸锭。采用真空吸铸的方法，将合金铸锭熔化后吸注入铜模，其中铜模尺寸为65x5x2mm,制备出La基非晶合金试样。
(2)初步处理：将步骤(1)制得的非晶合金块线切割成尺寸为40x2x1mm的块体试样，使用#400-#2000的砂纸从小到大研磨长条试样的上下底面，然后抛光成镜面，并在氮气保护下进行100℃的退火，退火时间1小时。
(3)单悬臂梁循环加载处理：将试样放在Q800 DMA单悬臂梁夹具上，夹具固定端施加5N的扭力，自由端保证夹具贴紧，关闭外壳并通入氮气保护气体，设定振动频率10Hz,温度30℃，时间2小时。
(4)通过纳米压痕仪对经步骤(3)处理后的非晶合金块体试样进行表面硬度分析。图2上共有10个点，代表10个连续的区域所对应的的硬度大小，所示的区域中心点间隔为1mm，图中可以看到固定端区域1的硬度较自由端区域10的硬度有一个很大的下降，说明循环加载后，非晶合金块体表面有部分区域发生回春，导致硬度下降，下降程度为20％。
(5)将经步骤(3)处理后的块体试样进行线切割，取出区域1试样与区域10试样，进行差示量热法测试：在图3中小图部分是差示扫描量热图的局部放大，其中峰值更高的线对应的是应力更大的区域1，这条线与基线包围的面积更大意味着有试样有更高的弛豫能，说明区域1对应部分的试样发生了明显回春现象。
实施例2
图4是本发明跨距5mm、频率10Hz的循环载荷加载2小时前后的经退火处理的镧基非晶合金试样表面的硬度分布。图4中区域1是靠近固定端，区域4是靠近自由端，区域中心点间隔是1mm，从图中可以看出，在未加载时试样各处的硬度均匀分布，而在加载后，靠近固定端区域的硬度相对于循环加载前下降了26％。
本发明提供了一种驱动非晶合金快速回春的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：单悬臂梁跨距为：5mm。
结果检测：
用回春后的镧基非晶合金试样进行纳米压痕测试，试样表面硬度分布如图4所示，图4中区域1是靠近固定端，区域4是靠近自由端，区域中心点间隔是1mm，从图中可以看出，在未加载时试样各处的硬度均匀分布，而在加载后，靠近固定端区域的硬度相对于循环加载前下降了26％。
实施例3
本发明提供了一种驱动非晶合金快速回春的方法，步骤基本与实施例1相同，区别在于：镧基非晶合金采用跨距为5mm的单悬臂梁加载方式，并控制温度在200K下循环加载了1小时。结果检测：用回春后的镧基非晶合金试样进行纳米压痕测试，发现在靠近固定端依旧有硬度下降的现象，但硬度下降程度减弱，为5％。

Claims (5)

1.一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将切割、打磨、抛光并在80-120℃下退火0.5-3小时后的镧La基非晶合金放入单悬臂梁夹具上；
步骤二：利用跨距为5-20mm、固定端预加载扭力为1-5N的单悬臂梁加载方式使非晶合金表面产生内应力大小梯度变化的循环加载；
步骤三：取出循环加载后的试样。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一所述镧La基非晶合金是指成分为镧La、镍Ni、铝Al的非晶合金，其中，镧元素比例为55％-70％，镍元素比例为15％-25％，铝元素比例为15％-25％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述循环加载的最大应力优选为80-120MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二循环加载的振动频率优选为10-50Hz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二循环加载的加载时间优选为1-2小时。
CN202010427132.8A 2020-05-19 2020-05-19 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法 Active CN111705278B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010427132.8A CN111705278B (zh) 2020-05-19 2020-05-19 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010427132.8A CN111705278B (zh) 2020-05-19 2020-05-19 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111705278A true CN111705278A (zh) 2020-09-25
CN111705278B CN111705278B (zh) 2021-10-08

Family

ID=72538303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010427132.8A Active CN111705278B (zh) 2020-05-19 2020-05-19 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111705278B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114480994A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 沈阳工业大学 提高Zr基非晶合金深冷循环诱导回春能力的装置及工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101967552A (zh) * 2010-10-11 2011-02-09 清华大学 一种应用循环载荷方式提高非晶合金塑性的后处理方法
CN102719625A (zh) * 2012-07-11 2012-10-10 山东大学 一种提高块体非晶合金及其结构件室温塑性的方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101967552A (zh) * 2010-10-11 2011-02-09 清华大学 一种应用循环载荷方式提高非晶合金塑性的后处理方法
CN102719625A (zh) * 2012-07-11 2012-10-10 山东大学 一种提高块体非晶合金及其结构件室温塑性的方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.V.LOUZGUINE-LUZGIN等: "On room-temperature quasi-elastic mechanical behaviour of bulk metallic glasses", 《ACTA MATERIALIA》 *
SHUO LI等: "Rejuvenation saturation upon cyclic elastic loading in metallic glass", 《COMPUTATIONAL MATERAILS SCIENCE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114480994A (zh) * 2022-01-27 2022-05-13 沈阳工业大学 提高Zr基非晶合金深冷循环诱导回春能力的装置及工艺
CN114480994B (zh) * 2022-01-27 2022-11-08 沈阳工业大学 提高Zr基非晶合金深冷循环诱导回春能力的装置及工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN111705278B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107419154B (zh) 一种具有超弹性的TiZrHfNbAl高熵合金及其制备方法
Naseri et al. Static mechanical properties and ductility of biomedical ultrafine-grained commercially pure titanium produced by ECAP process
CN109055815B (zh) 一种快速筛选低弹性模量生物钛合金的方法
CN111705278B (zh) 一种应用循环加载方式驱动非晶合金回春的方法
Morgan et al. Taking the art out of smart!-Forming processes and durability issues for the application of NiTi shape memory alloys in medical devices
Yokoyama et al. Fatigue-strength enhancement of cast Zr50Cu40Al10 glassy alloys
CN115198210A (zh) 一种无损伤驱动块状非晶合金快速回春的方法及其应用
Shao et al. Plastic deformation and damage behaviors of Fe-18Cr-18Mn-0.63 N high-nitrogen austenitic stainless steel under uniaxial tension and compression
Mohamad et al. Effect of ageing temperatures on pseudoelasticity of Ni-rich NiTi shape memory alloy
Wagenhuber et al. The role of oxygen-grain-boundary diffusion during intercrystalline oxidation and intergranular fatigue crack propagation in alloy 718
Jiang et al. Development and characterization of a MnCu-based high damping alloy plate
Kimura et al. Microstructure and mechanical properties of two-phase alloys based on the B2-type intermetallic compound CoAl in the Co–Al–Ni ternary system
CN115449727A (zh) 一种应用低温循环方式驱动非晶合金快速回春或弛豫的方法
Zhang et al. Effect of thermal annealing on microstructure and mechanical properties of a gradient structured tantalum prepared by plasma activated sintering
CN114250397B (zh) 一种共晶高熵合金及其制备方法
Naresh et al. The influence of alloying constituent Fe on mechanical properties of NiTi based shape memory alloys
Al-Ethari et al. Effects of Ag and Cu nanopowders on mechanical and physical properties of NiTi shape memory alloy
Mahato et al. Grain size effect on LCF behavior of two different FCC metals
Alnomani et al. Prepare Nitinol Alloys and Improve their Hardness Using Copper as an Alloying Element
KR20090109918A (ko) 비정질 합금의 소성 부여 방법
Molnarova et al. The investigation of the Al7075+ 1 wt% Zr alloy prepared using spark plasma sintering technology
CN116987944B (zh) 一种高熵合金及其制备方法
Altunpak et al. Mechanical properties of a squeeze-cast 2124 Al composite reinforced with alumina short fibre
Heckmann et al. Microstructure and pseudo-elastic low-cycle high amplitude fatigue of NiTi
Prakash et al. Tensile, Compressive and Flexural Behaviours of an Aluminium Hybrid Composite

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant