CN113403490A - 一种高强塑非晶复合材料的制备方法 - Google Patents

一种高强塑非晶复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113403490A
CN113403490A CN202110650927.XA CN202110650927A CN113403490A CN 113403490 A CN113403490 A CN 113403490A CN 202110650927 A CN202110650927 A CN 202110650927A CN 113403490 A CN113403490 A CN 113403490A
Authority
CN
China
Prior art keywords
amorphous
deformation
furnace
composite material
preparation
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.)
Pending
Application number
CN202110650927.XA
Other languages
English (en)
Inventor
郭洪民
朱麟浩
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.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang 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 Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202110650927.XA priority Critical patent/CN113403490A/zh
Publication of CN113403490A publication Critical patent/CN113403490A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/11Making amorphous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/04Refining by applying a vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C45/00Amorphous alloys
    • C22C45/10Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing 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
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing 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
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/186High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2200/00Crystalline structure
    • C22C2200/02Amorphous

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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

一种高强塑非晶复合材料的制备方法,包括:(1)将非晶材料去除氧化皮后,按组份的重量比例称重,并超声波洗净,放入真空电弧炉内抽真空,炉内气压至1.5×10‑3Pa时,关闭分子泵,打开机械泵,通入氩气至0.05Pa,反复熔炼至非晶材料成分均匀化,熔炼电流≤400mA,然后吸铸;(2)将非晶材料棒切割合适高度后打磨上下表面,进行预变形,预变形量在屈服点后≤6%;(3)变形后再次超声波洗净,用石英管真空封装,将电阻炉预热至900℃,放入石英管,保温8‑16min,取出并快速水淬。本发明制备出的非晶复合材料晶粒细小,分布较均匀,圆整度高。同时,该热处理工艺流程短,效率高,设备要求低,操作简单,污染较小。

Description

一种高强塑非晶复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于非晶复合材料半固态加工技术领域,涉及一种调控非晶复合材料组织的方法。
背景技术
21世纪以来,越来越多的学者投身于非晶研究领域,一方面是非晶合金表现出了优异的机械性能,如高强度,高硬度,高弹性极限和耐磨性;另一方面是大量的非晶合金被研究设计出来,非晶力学性能和工艺性能得到前所未有的提升,但是非晶合金最为关键的室温脆性并没有得到有效解决,成为块体非晶合金应用的最大障碍。而材料性能与组织密切相关,故可以通过调控非晶复合材料组织变化进而改善材料室温脆性。现有非晶复合材料处理工艺包括半固态加工技术、深冷处理、喷丸、轧制和退火处理等,但是最终得到的材料力学性能不佳。所以,发明一种能够有效改善材料组织并提升材料力学性能的热处理工艺是非常有必要的。
发明内容
本发明目的在于提供一种高强塑非晶复合材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,包括以下步骤。
(1)铸态样品制备。
将非晶材料去除氧化皮后,按组份的重量比例称重,并超声波洗净,放入真空电弧炉内抽真空,炉内气压至1.5×10-3Pa时,关闭分子泵,打开机械泵,通入保护气氩气至0.05Pa,反复熔炼至非晶材料成分均匀化,熔炼电流≤400mA,然后吸铸。
(2)预变形。
将非晶材料棒切割合适高度后打磨保证上下表面水平,测出样品高度后进行预变形,预变形量在屈服点后3-15%;
(3)热处理过程。
达到预定变形量后取出,将样品再次超声波洗净后用石英管真空封装,将电阻炉预热,加热温度为非晶基体开始熔化温度与内生晶体开始熔化温度之间,取900℃,达到预定温度900℃后放入石英管,保温8-16min后取出并快速水淬。
本发明所述的方法制备出的非晶复合材料晶粒细小,分布较均匀,圆整度高。同时,该热处理工艺流程短,效率高,设备要求低,操作简单,污染较小。
附图说明
图1是热处理后组织图。其中,图a、b、c分别对应实施例1、2、3热处理后组织图。
图2是热处理后剪切带图。其中,图a、b、c分别对应实施例1、2、3热处理后剪切带图,箭头所指条带即为剪切带(shear bands)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1。
本实施例所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,包括如下步骤。
(1)铸态样品制备。
将Zr60.0Ti14.7Nb5.3Cu5.6Ni4.4Be10.0非晶材料组份按重量比例称重,放到超声波清洗器中洗净30mim,风干,放入铜坩埚中,低熔点材料放在底部,高熔点材料放在顶部,铜坩埚放入真空电弧炉之后用分子泵抽真空,炉内气压至1.5×10-3Pa时,关闭分子泵,打开机械泵,通入保护气氩气至0.05Pa。
打开熔炼电源并熔炼钛块,熔炼电流400mA,检测炉内是否有氧气残留。之后同样将非晶材料熔化并冷却,用机械臂将铸锭翻转,再进行熔炼,如此反复5次以保证材料成分均匀化。用机械臂将成分均匀的铸锭放入模具坩埚中,同样操作将非晶材料熔化后按下吸铸阀门,即可得到长度70mm非晶复合材料棒材。
(2)预变形。
将非晶棒切割得到高度8-10mm非晶棒,经过2000#砂纸打磨过后再次测量非晶棒高度,然后将MTS万能实验机压缩测试平台放置水平,开始进行室温准静态压缩和预变形,压缩速率为1×10−4S−1。首先进行铸态压断,确定材料屈服强度和塑性应变,后续预变形过程中塑性变形起点以应力达到屈服强度为准,预变形量取屈服变形点之后6%,即塑性变形6%;
(3)热处理过程。
将预变形铸态样品放入超声波清洗器中洗净吹干,然后用直径约6mm石英管进行封装,封装时石英管内抽真空以保证加热过程中材料不受氧气干扰。实验前首先对电阻炉进行预热8分钟,保证热处理过程中电阻炉温度不会发生突变。加热温度为900℃,保温时间10分钟。石英管放入电阻炉中后等待仪器稳定之后开始计时,达到设定保温时间后快速取出水淬,并用钳子将石英管砸碎。最后取出表面粘连的石英管及氧化皮。将样品再次切割,一部分镶嵌之后打磨、抛光并腐蚀后用显微镜拍照,另一部分打磨上下表面后再次进行压缩实验。
实施例2。
本实施例所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,基本同实施例1,不同之处在于:预变形量0%。
实施例3。
本实施例所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,基本同实施例1,不同之处在于:保温时间15分钟。
实施例4。
本实施例所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,基本同实施例1,不同之处在于:材料成分为Ti48Zr18V12Cu5Be17
实施例5。
本实施例所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,基本同实施例2,不同之处在于:材料成分为Ti48Zr18V12Cu5Be17
实施例6。
本实施例所述的一种高强塑非晶复合材料的制备方法,基本同实施例4,不同之处在于:预变形量3%。
对实施例1、2、3进行组织及力学性能检测,结果见下表。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
图1中a、b和c对应于实施例1、2、3 Zr60.0Ti14.7Nb5.3Cu5.6Ni4.4Be10.0材料热处理后的组织图,实施例4、5、6对应于Ti48Zr18V12Cu5Be17不同预变形量后热处理。可知,随着预变形量的提升,材料晶体相体积分数降低,形状因子即晶粒圆整度升高,当量直径即晶粒尺寸降低;随着保温时间的提升,材料晶体相体积分数降低,形状因子降低,当量直径升高。相比于实施例2,实施例1和实施例3的塑性变形量及抗压强度均大大提升,提升预变形量后塑性提升了106.22%,同时提升预变形量后和保温温度后塑性提升了85.34%,相比于实施例5,实施例4和实施例6提升预变形量后塑性分别提升了28.78%及8.53%;实施例1和实施例3抗压强度均远远超过实施例2抗压强度,实施例4和实施例6抗压强度也超过实施例5抗压强度。图2中a、b和c对应于热处理后实施例1、2、3 Zr60.0Ti14.7Nb5.3Cu5.6Ni4.4Be10.0材料剪切带图。箭头指出了剪切带,并且发现塑性越好,剪切带密度越大,多重剪切带交叉和增殖现象越明显。表明合适的预变形量及保温时间可以有效提升材料力学性能,改善组织分布及形态。
以上实施例及说明非限制本发明的技术方案,本研究领域人员可以在不脱离本发明精神和范围内对本发明进行修改。

Claims (1)

1.一种高强塑非晶复合材料的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)铸态样品制备:将非晶材料去除氧化皮后,按组份的重量比例称重,并超声波洗净,放入真空电弧炉内抽真空,炉内气压至1.5×10-3Pa时,关闭分子泵,打开机械泵,通入保护气氩气至0.05Pa,反复熔炼至非晶材料成分均匀化,熔炼电流≤400mA,然后吸铸;
(2)预变形:将非晶材料棒切割合适高度后打磨保证上下表面水平,测出样品高度后进行预变形,预变形量在屈服点后≤6%;
(3)热处理:达到预定变形量后取出,将样品再次超声波洗净后用石英管真空封装,将电阻炉预热,加热温度为900℃,达到预定温度900℃后放入石英管,保温8-16min后取出并快速水淬。
CN202110650927.XA 2021-06-11 2021-06-11 一种高强塑非晶复合材料的制备方法 Pending CN113403490A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110650927.XA CN113403490A (zh) 2021-06-11 2021-06-11 一种高强塑非晶复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110650927.XA CN113403490A (zh) 2021-06-11 2021-06-11 一种高强塑非晶复合材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113403490A true CN113403490A (zh) 2021-09-17

Family

ID=77683509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110650927.XA Pending CN113403490A (zh) 2021-06-11 2021-06-11 一种高强塑非晶复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113403490A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101717902A (zh) * 2009-12-18 2010-06-02 广州中国科学院工业技术研究院 一种提高非晶合金压缩塑性的方法及其系统
CN102181809A (zh) * 2011-04-21 2011-09-14 南京理工大学 具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料及其制备方法
CN102776453A (zh) * 2012-08-20 2012-11-14 太原理工大学 球晶增韧的非晶基复合材料的制备方法
US20190224753A1 (en) * 2018-01-22 2019-07-25 Huazhong University Of Science And Technology Cold additive and hot forging combined forming method of amorphous alloy parts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101717902A (zh) * 2009-12-18 2010-06-02 广州中国科学院工业技术研究院 一种提高非晶合金压缩塑性的方法及其系统
CN102181809A (zh) * 2011-04-21 2011-09-14 南京理工大学 具有拉伸塑性的大尺寸金属玻璃复合材料及其制备方法
CN102776453A (zh) * 2012-08-20 2012-11-14 太原理工大学 球晶增韧的非晶基复合材料的制备方法
US20190224753A1 (en) * 2018-01-22 2019-07-25 Huazhong University Of Science And Technology Cold additive and hot forging combined forming method of amorphous alloy parts

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G.Y. SUN,A G. CHEN等: "Innovative processing and property improvement of metallic glass based composites", 《SCRIPTA MATERIALIA》 *
朱麟浩、郭洪民等: "再结晶重熔法与半固态等温处理法对Ti48Zr18V12Cu5Be17非晶复合材料组织和性能影响", 《特种铸造及有色合金》 *
郭洪民、王程等: "半固态等温处理Ti48Zr18V12Cu5Be17非晶合金的显微组织演变", 《中国有色金属学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111636027B (zh) 兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金及其制备方法
CN110438387B (zh) 硅化物析出强化难熔高熵合金及其制备方法
CN105970132B (zh) 调控AlxCoCrFeNi双相高熵合金组织的方法
CN107641751B (zh) 一种MoNbCrVTi难熔高熵合金及其制备方法
CN108517451A (zh) 一种具有梯度晶粒结构的高强韧性高熵合金与制备方法
CN112195420B (zh) 一种通过冷处理制备耐磨Ti基非晶合金块体的方法
CN112899546B (zh) 一种Ta调控CoCrNiTax共晶高熵合金及其制备方法
CN110616341B (zh) 一种CoCrNiNbx共晶中熵合金及其制备方法
CN109023002B (zh) 一种硅固溶强化VNbMoTaSi高熵合金及其制备方法
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
CN113667875A (zh) 一种MoNbTaTiVSix高熵合金及其制备方法
CN110777273B (zh) 一种提升难熔高熵合金的室温塑性的方法
CN113278861A (zh) 一种具有纳米相析出的高强度、高塑性的高熵合金及其制备方法
CN113621861B (zh) 一种MoNbTaTiVCrx高熵合金及其制备方法
CN108504881B (zh) 一种提高高熵合金耐磨性能的方法
CN113564442A (zh) 一种高强度高塑性的铝铁铬镍高熵合金的制备方法
CN113403490A (zh) 一种高强塑非晶复合材料的制备方法
CN109554602B (zh) 高主元单相密排六方结构的高熵合金及其制备方法
CN114855050B (zh) 一种高强度轻质化难熔高熵合金及其制备方法
CN110777278B (zh) 一种基于难熔高熵合金的超高温复合材料及其制备方法
CN105401104B (zh) 高强度块体Cu‑Zr‑Zn金属玻璃及制备方法
CN111363988B (zh) 一种TiCuZrPdNi非晶复合材料及其制备方法
CN113528990A (zh) 一种低模量高强度高耐磨性生物钛合金及其制备方法与应用
CN113249632A (zh) 一种高性能TiZrNb合金及其制备方法和应用
CN109457166B (zh) 一种铁基块体非晶合金的制备及热塑性成型方法

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210917

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication