CN113477768A - 非晶合金分段热塑成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶合金分段热塑成型方法，包括以下步骤，步骤一：将非晶合金初始棒料放置于预成型模具中；步骤二：在初始棒料的两端设置电极，对初始棒料进行加热的同时，驱动一电极向另一电极靠近以将初始棒料进行预成型，形成为预压棒料；步骤三：将预压棒料放入成型模具中，在预压棒料的两端设置电极，对预压棒料先进行加热，再驱动一电极向另一电极靠近以将预压棒料压入成型腔中进行最终成型，形成为产品。本发明将非晶合金进行两次成型，提高了非晶合金棒料在最终成型过程中的保温性能，减小了热量流失，确保成型时非晶合金具有较好的流动性，更容易填充形成精密零部件，提高了成型效果。
Description
技术领域
本发明属于非晶合金技术领域，具体涉及一种非晶合金分段热塑成型方法。
背景技术
非晶合金是一种在极速冷却条件下，将原子冷冻在液体组态而获得的一种亚稳态物质，所以块体非晶成型受到尺寸上的限制。如何获得大尺度的块体非晶合金，一直是材料界关注的热点之一。研究学者发现，通过对非晶成分的组合优化，可显著提高非晶的形成能力(GFA)，其中在非晶合金中添加小原子Be元素，对非晶材料的GFA影响尤其明显，但是根据部分行业要求，含Be元素的非晶材料无法应用在相关行业中，因此含 Be元素的非晶材料在应用时受到一定限制。非晶材料具有一种特殊性能，在过冷液相区温度范围内具有超塑性，可实现热塑成型，但是过冷液相区温度范围较窄，在非晶热塑成型过程中，坯料较难实现温度的稳定控制，特别是是小尺寸非晶坯料，，由于接触比表面积大，散热快，材料温度的降低，导致非晶合金的流动性大幅降低，容易出现型腔填充不满和填充精度差等问题，无法满足精密小零件的成型需求。因此，如何提高小尺寸非晶合金的流动性，对于精密产品的热塑成型至关重要，特别是GFA形成能力较差的无Be非晶合金。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种非晶合金分段热塑成型方法，该非晶合金分段热塑成型方法具有将小直径非晶材料成型为精密零件的优点。
根据本发明实施例的非晶合金分段热塑成型方法，包括以下步骤，步骤一：将非晶合金初始棒料放置于预成型模具中；步骤二：在初始棒料的两端设置电极，对初始棒料进行加热的同时，驱动一电极向另一电极靠近以将初始棒料进行预成型，形成为预压棒料；步骤三：将预压棒料放入成型模具中，在预压棒料的两端设置电极，对预压棒料先进行加热，再驱动一电极向另一电极靠近以将预压棒料压入成型腔中进行最终成型，形成为产品。
根据本发明一个实施例，所述初始棒料的直径在2-6mm之间。
根据本发明一个实施例，所述预压棒料的直径在8-12mm之间。
根据本发明一个实施例，所述步骤二中，预压的压力参数为0.1-1T，压射速度为10-100mm/s。
根据本发明一个实施例，所述步骤二中，加热电流为0.5-2KA，加热时间为 100-990ms，初始棒料的加热温度为320-500℃。
根据本发明一个实施例，所述步骤三中，最终成型的压力参数为1.5-4T，压射速度为300-800mm/s。
根据本发明一个实施例，所述步骤三中，加热电流为1.5-3KA，加热时间为 500-990ms，预压棒料的加热温度为400-650℃。
根据本发明一个实施例，所述步骤二的预成型过程和步骤三的最终成型过程均在非晶合金的过冷液相区这一温度区间进行。
根据本发明一个实施例，所述初始棒料中不含Be元素。
根据本发明一个实施例，所述步骤二和步骤三中的加热方式为直流电脉冲加热或电容放电加热。
本发明的有益效果是，本发明操作简便，将非晶合金进行两次成型，突破了非晶合金棒料的尺寸限制，利用预成型将直径较小的非晶合金棒料变形为直径较大的非晶合金棒料，提高了非晶合金棒料的保温性能，减小了热量流失，确保了在成型时非晶合金具有较好的流动性，更容易填充精密零部件，提高了成型效果；在不添加Be元素的前提下，小尺寸非晶合金棒料能够通过减少温度流失来提高塑性成形效果，扩大了小尺寸非晶合金棒料的应用场景和应用范围。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书和权利要求书来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的分段成型的流程的示意图；
图2是根据本发明的分段成型的产品变化示意图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面具体描述本发明实施例的非晶合金分段热塑成型方法。
根据本发明实施例的非晶合金分段热塑成型方法，包括以下步骤，步骤一：将直径在2-6mm之间的非晶合金初始棒料放置于预成型模具中；步骤二：在初始棒料的两端设置电极，对初始棒料进行加热的同时，驱动一电极向另一电极靠近以将初始棒料进行预成型，形成为直径在8-12mm之间的预压棒料；步骤三：将预压棒料放入成型模具中，在预压棒料的两端设置电极，对预压棒料先进行加热，再驱动一电极向另一电极靠近以将预压棒料压入成型腔中进行最终成型，形成为产品。
根据本发明一个实施例，步骤二中，预压的压力参数为0.1-1T，压射速度为 10-100mm/s；进一步地，步骤二中，加热电流为0.5-2KA，加热时间为100-990ms，初始棒料的加热温度为320-500℃。步骤二中，由于预压时，初始棒料变形为预压棒料的变形量较小，可以设置较低的压力参数、压射速度、加热电流和加热时间；初始棒料的加热温度设置在过冷液相区中的低温区，一方面可以防止晶化，另一方面温度易于控制。
根据本发明一个实施例，步骤三中，最终成型的压力参数为1.5-4T，压射速度为300-800mm/s；进一步地，步骤三中，加热电流为1.5-3KA，加热时间为500-990ms，预压棒料的加热温度为400-650℃。步骤三中，由于预压棒料变形为产品的变形量较大，因此需要设置相比步骤二更高的压力参数、压射速度、加热电流和加热时间；预压棒料的加热温度设置在过冷液相区中的高温区，在不会晶化的前提下，有效提高了预压棒料的流动性能，使得预压棒料能够完全充满成型腔中的各个角落，使得成型效果得到大幅提升。
根据本发明一个实施例，步骤二的预成型过程和步骤三的最终成型过程均在非晶合金的过冷液相区这一温度区间进行。过冷液相区可以避免非晶合金晶化，提高了产品品质。
根据本发明一个实施例，初始棒料中不含Be元素。一方面可以适于制作一些要求不能含Be的产品，另一方面，Be属于致癌物质，减少Be元素的使用即降低了成本，又提升了产品环保性能。
优选地，步骤二和步骤三中的加热方式为直流电脉冲加热或电容放电加热。该加热方式加热速度较快，加热温度控制更加精确。
本发明操作简便，将非晶合金进行两次成型，突破了非晶合金棒料的尺寸限制，利用预成型将直径较小的非晶合金棒料变形为直径较大的非晶合金棒料，提高了非晶合金棒料的保温性能，减小了热量流失，确保了在成型时非晶合金具有较好的流动性，更容易填充精密零部件，提高了成型效果；在不添加Be元素的前提下，小尺寸非晶合金棒料能够通过减少温度流失来提高塑性成形效果，扩大了小尺寸非晶合金棒料的应用场景和应用范围。
实施例1
如图2所示，选用成分为Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10且不含Be元素的非晶合金，该非晶合金本身只能形成为直径不大于6mm的初始棒料，设置预压参数为：加热电流1.5KA，加热时间200ms，压力0.3T，压射速度80mm/s，经过预压后形成直径为10mm的预压棒料；设置最终成型参数为：加热电流2.5KA，加热时间900ms，压力3.5T，压射速度800mm/s，将直径为10mm的预压棒料，最终成型为产品。
实施例2
选用成分为Zr65Al7.5Cu17.5Ni10且不含Be元素的非晶合金，该非晶合金本身只能形成为直径不大于4mm的初始棒料，设置预压参数为：加热电流0.5KA，加热时间130ms，压力1T，压射速度100mm/s，经过预压后形成直径为8mm的预压棒料；设置最终成型参数为：加热电流1.8KA，加热时间800ms，压力4T，压射速度600mm/s，将直径为8mm的预压棒料，最终成型为产品。
实施例3
选用成分为Zr54Al15Cu19Ni10Y2且不含Be元素的非晶合金，该非晶合金本身只能形成为直径不大于5mm的初始棒料，设置预压参数为：加热电流1KA，加热时间150ms，压力0.8T，压射速度90mm/s，经过预压后形成直径为9mm的预压棒料；设置最终成型参数为：加热电流3KA，加热时间800ms，压力2.3T，压射速度750mm/s，将直径为9mm的预压棒料，最终成型为产品。
从上述实施例和附图可以看出，非晶合金能够完全填充型腔，不会出现充不满的情况，本申请通过分段成型的方式，先将小直径的非晶合金预成型为大直径的非晶合金，再将大直径的非晶合金最终成型为产品，解决了小直径的非晶合金加热后散热严重、流动性差、无法成型精密零件的问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一：将非晶合金初始棒料放置于预成型模具中；
步骤二：在初始棒料的两端设置电极，对初始棒料进行加热的同时，驱动一电极向另一电极靠近以将初始棒料进行预成型，形成为预压棒料；
步骤三：将预压棒料放入成型模具中，在预压棒料的两端设置电极，对预压棒料先进行加热，再驱动一电极向另一电极靠近以将预压棒料压入成型腔中进行最终成型，形成为产品。
2.根据权利要求1所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述初始棒料的直径在2-6mm之间。
3.根据权利要求2所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述预压棒料的直径在8-12mm之间。
4.根据权利要求1所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述步骤二中，预压的压力参数为0.1-1T，压射速度为10-100mm/s。
5.根据权利要求4所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述步骤二中，加热电流为0.5-2KA，加热时间为100-990ms，初始棒料的加热温度为320-500℃。
6.根据权利要求1所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述步骤三中，最终成型的压力参数为1.5-4T，压射速度为300-800mm/s。
7.根据权利要求6所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述步骤三中，加热电流为1.5-3KA，加热时间为500-990ms，预压棒料的加热温度为400-650℃。
8.根据权利要求1所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述步骤二的预成型过程和步骤三的最终成型过程均在非晶合金的过冷液相区这一温度区间进行。
9.根据权利要求1所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述初始棒料中不含Be元素。
10.根据权利要求1所述的非晶合金分段热塑成型方法，其特征在于，所述步骤二和步骤三中的加热方式为直流电脉冲加热或电容放电加热。
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