CN1740368A - 高强韧Fe基纳米非晶合金复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种可作为结构材料用的具有塑性变形的高强度高硬度的Fe纳米非晶复合材料，其具体的化学成分(原子个数％)为：Fe (a) M (b) C (c) Si (d) B (e)，其中，M＝Sc，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Ru，Rh，La，Ce中的一个或多个；80＜a＜96，1＜b＜10，1＜c＜10，1＜d＜10，1＜e＜10。本发明的生产方法是先熔炼母合金，然后采用金型铸造法铸造母合金。本发明的优点是机械性能好，断裂强度可达2000MPa以上，屈服强度可达1000MPa以上，塑性变形可达5％以上，而且生产工艺简单易行。

Description

高强韧Fe基纳米非晶合金复合材料
技术领域
本发明涉及一种可作为结构材料用的具有塑性变形的高强度高硬度的纳米非晶复合材料，特别是铁基合金。
背景技术
块状非晶合金不仅具有优异的磁学性能、抗腐蚀性能、耐磨性能、化学性能和电化学性能，而且还具有十分突出的力学性能，其拉伸、冲击断裂强度与硬度等均成倍高于同类晶态合金。如铁基合金的拉伸断裂强度和硬度，其拉伸断裂强度(σf)和硬度(Hv)分别达到4000MPa和1200，均是同类晶态合金的3倍。但由于室温下非晶合金的塑性变形集中在高度局域化的剪切带内，导致了试样在宏观上没有非弹性行为。压缩时仅表现出小于2％的有限的塑性应变，拉伸断裂之前几乎没有塑性应变产生，其破坏形式为突然性的失效。这是制约其作为工程材料广泛应用的“瓶颈”。几种主要非晶合金系中，Fe基非晶合金的这一弱点更为突出，延伸率极低，只有0.1％。这一问题成为急待解决的课题。
目前，改善非晶合金的塑性主要集中在晶态增强相分布于非晶基体上的复合材料。主要包括两种方法，其一是外加强化相，即在合金熔体浇注前，向熔体中添加基体相颗粒，或者在晶态颗粒或晶态纤维第二相周围浇注玻璃形成合金液，得到晶态颗粒或纤维/玻璃基体的复合组织；非晶基复合材料合成的第二种方法是内生复合，包括非晶合金的部分晶化，得到玻璃基体上均匀分布着纳米晶颗粒的纳米相/玻璃基体的复合组织的“固态相变法”或从熔体中直接析出树枝状第二晶态相的“液-固相变法”。用这种方法形成的复合结构，析出的第二相与基体润湿性良好，界面结构紧密而且结合力强。Fe基非晶合金复合材料研究，主要以改善磁性性能为目的，很少见其力学性能研究结果，主要是因为Fe基非晶合金以晶化法形成的复合材料韧性很差。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高强韧的非晶合金，特别是铁基非晶合金。
本发明的技术解决方案：一种高强韧Fe基纳米非晶复合材料，其化学成分(原子个数％)为：
Fe(a)M(b)C(c)Si(d)B(e)。
其中，M＝Sc，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Ru，Rh，La，Ce中的一个或多个，即一个以上的组合；
a：80-96，b：1-10，c：1-10，d：1-10，e：1-10。
本发明的生产方法是将上述合金的各组分按原子百分比配置后熔炼均匀形成母合金，采用金型铸造将母合金制备成具有Φ＞0.5mm的块状合金，其纳米相的体积分数为1-99％，断裂强度＞2000MPa，屈服强度＞1000MPa，塑性变形＞1％。
本发明与现有技术的相比的优点：机械性能好，断裂强度可达2000MPa以上，屈服强度可达1000MPa以上，塑性变形可达5％以上，而且生产工艺简单易行。
具体实施方式
实施例
根据本发明所述的合金的化学成分及其配比，制备合金。首先根据化学成分配比进行配料，然后冶炼制成母合金，将母合金熔化后喷溅到模具上浇铸成具有一定尺寸的块状合金。最后测试其力学性能。表1为实施例纳米非晶复合材料的化学成分；表2为实施例所浇铸的部分铸造合金棒的力学性质。
                          表1    实施例纳米非晶复合材料的化学成分
  炉号   合金类型   化学成分(原子个数％)
  Fe   Ti   Zr   Ni   Nb   C   Si   B
  1   FeCSiB   81   10   4   5
  2   83   8   7   2
  3   88   3   4   5
  4   91   5   2   2
  5 FeTiCSiB   86   5   5   2   2
  6   87   4   5   2   2
  7   FeZrCSiB   86   5   5   2   2
  8   87   4   5   2   2
  9   FeNiCSiB   87   4   5   2   2
  10   FeNbCSiB   87   4   5   2   2
     表2    实施例所浇铸的部分纳米非晶复合材料的力学性质
  合金成分   屈服强度(MPa)   断裂强度(MPa)   塑性变形(％)
  Fe91C5Si2B2   3680   4290   5
  Fe88C3Si4B5   2627   3285   2
  Fe83C8Si7B2   3224   3162   0.7
  Fe87Ti4C5Si2B2   1914   2552   20
  Fe86Ti5C5Si2B2   1488   2108   30
  Fe86Zr5C5Si2B2   1466   1832   30
  Fe87Zr4C5Si2B2   2715   3171   11
  Fe86Ni5C5Si2B2   2147   3750   12

Claims (5)

1、一种高强韧Fe基纳米晶非晶复合材料，其特征在于：其化学成分(原子个数％)为：
Fe(a)M(b)C(c)Si(d)B(e)，
其中，M＝Sc，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Ru，Rh，La，Ce中的一个或一个以上的组合，
a：80-96，b：1-10，c：1-10，d：1-10，e：1-10。
2、根据权利要求1所述的高强韧Fe基纳米晶非晶复合材料，其特征在于：所述的高强韧Fe基纳米晶非晶复合材料中纳米相的体积分数为1-99％。
3、根据权利要求1所述的高强韧Fe基纳米晶非晶复合材料，其特征在于：所述的Fe(a)M(b)C(c)Si(d)B(e)高强韧纳米非晶复合材料的强度＞2000MPa，硬度＞500Hv。
4、根据权利要求1所述的高强韧Fe基纳米晶非晶复合材料，其特征在于：所述的Fe(a)M(b)C(c)Si(d)B(e)高强韧纳米非晶复合材料的塑性变形＞1％。
5、根据权利要求1所述的高强韧Fe基纳米晶非晶复合材料，其特征在于：所述的Fe(a)M(b)C(c)Si(d)B(e)高强韧纳米非晶复合材料的临界尺寸Φ＞0.5mm，Φ为复合材料的直径。
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