一種大尺寸trip非晶復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大尺寸TRIP非晶復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于所述材料的合金成分為：CuaZrbMcNdXe（原子摩爾比），其中M為Al、Be、Ag、Au、Pd、Pt或者稀土元素中至少一種，N為Ti、Fe、Co、Ni、Cr、V、Zn、Nb、Ta、Mo、Hf、W、WC、SiC、TiC中至少一種，X為Si、C、B、Sn、Ga、Ge、In中至少一種，其中0≤a≤70，0≤b≤70，2≤c≤15，0≤d≤5，0.05≤e≤2，且a+b+c+d+e=100。本發(fā)明通過合金化及工藝調(diào)節(jié)提高基體的非晶形成能力并原位生成彌散分布的具有相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)的晶態(tài)第二相，通過第二相在變形過程中發(fā)生形變誘導(dǎo)相變來獲得較大的拉伸塑性和強(qiáng)烈的加工硬化能力。本發(fā)明所制備的復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度和塑性的良好結(jié)合，具有十分廣闊的工程應(yīng)用前景。
【專利說明】一種大尺寸TRIP非晶復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非晶態(tài)合金及其復(fù)合材料領(lǐng)域，具體地說就是通過合適的成分設(shè)計(jì)和工藝調(diào)節(jié)制備出大尺寸的內(nèi)生形變誘導(dǎo)相變?cè)鲰g(TRIP)的非晶復(fù)合材料，進(jìn)而通過合金化的方法均勻彌散晶體相。該大尺寸復(fù)合材料具有大拉伸塑性和優(yōu)良的加工硬化能力，具有非常廣闊的工程應(yīng)用前景。

【背景技術(shù)】
[0002]非晶態(tài)合金材料的結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)晶體金屬材料，其原子排列呈現(xiàn)長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的特點(diǎn)。非晶態(tài)合金獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出許多優(yōu)異的力學(xué)性能，如大的彈性極限(約2 %)、高的斷裂強(qiáng)度和斷裂韌性、較高的硬度、較強(qiáng)的耐磨性和良好的耐腐蝕性能等，使之成為新一代最具潛力材料之一。但是這種結(jié)構(gòu)由于缺乏常規(guī)晶體材料的位錯(cuò)變形機(jī)制，使得非晶態(tài)合金的室溫變形主要是通過局域剪切進(jìn)行，因而也造成了其重要的缺陷——室溫脆性和應(yīng)變軟化，極大地限制了非晶態(tài)合金作為結(jié)構(gòu)材料的工程應(yīng)用。
[0003]為了解決該問題，科學(xué)家們通過內(nèi)生或外加的方法在非晶態(tài)合金中弓I入韌性第二相，顯著地提高了材料的塑性和韌性。2008年以來，以美國(guó)加州理工學(xué)院W.L.Johnson教授研究組為首的幾個(gè)研究組采用成分調(diào)控和半固態(tài)處理的方法，通過在非晶態(tài)合金的基體中內(nèi)生形成枝晶相，在鋯-鈦基非晶態(tài)合金中開發(fā)出了幾種枝晶增韌非晶復(fù)合材料，這些非晶復(fù)合材料能夠具有大于10%的拉伸塑性，但其在拉伸過程中過早出現(xiàn)頸縮，呈現(xiàn)加工軟化的特征。其原因是枝晶相的加工硬化不能顯著彌補(bǔ)非晶基體相的加工軟化。材料整體的加工軟化特征使其在屈服后會(huì)發(fā)生迅速的斷裂，而沒有后續(xù)的承載能力，因而該類非晶復(fù)合材料很難作為結(jié)構(gòu)材料得到工程應(yīng)用。2010年，北京科技大學(xué)的呂昭平教授和吳淵副教授將形變誘導(dǎo)相變的概念引入非晶態(tài)合金，成功制備出直徑為3mm的同時(shí)具有拉伸塑性和加工硬化能力的非晶復(fù)合材料(專利號(hào)=101787501)。球形第二相強(qiáng)烈的加工硬化能力不僅能有效彌補(bǔ)基體的加工軟化，而且能使得材料整體呈現(xiàn)加工硬化特征和良好的塑性變形能力。但是較小的復(fù)合材料形成尺寸嚴(yán)重限制了其工程應(yīng)用，因此亟待開發(fā)大尺寸的具有加工硬化能力和拉伸塑性的非晶復(fù)合材料，為其工程應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，由于晶體相為亞穩(wěn)相，晶體相在液態(tài)合金冷卻過程中容易分解或聯(lián)結(jié)長(zhǎng)大，這種現(xiàn)象隨著冷卻速度的降低或者材料尺寸的增加變得尤為突出，如何有效地穩(wěn)定并彌散化晶體相成為開拓該類非晶復(fù)合材料的重要技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于通過合金化方案及工藝調(diào)節(jié)提高非晶復(fù)合材料基體的非晶形成能力并生成彌散分布的具有相變誘導(dǎo)塑性效應(yīng)的晶態(tài)第二相，通過第二相在變形過程中發(fā)生形變誘導(dǎo)相變來獲得較大的拉伸塑性和強(qiáng)烈的加工硬化能力，從而成功制備大尺寸、高強(qiáng)度和良好塑性的非晶復(fù)合材料。因此，本發(fā)明提供了一系列大尺寸、組織均勻，具有良好的室溫拉伸塑性和強(qiáng)烈的加工硬化能力的非晶復(fù)合材料及其晶體相彌散化方法，且制備工藝簡(jiǎn)單易行。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料的材料設(shè)計(jì)方法，通過加入能夠提高合金非晶形成能力以及促進(jìn)析出相彌散的合金化元素，達(dá)到提高樣品尺寸及調(diào)控晶體相組織特征的雙重目的。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下所示:
一種大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料，合金成分原子摩爾比的表達(dá)式為:CuaZrbMeNdXe,其中 M 為 Al、Be、Ag、Au、Pd、Pt 或者稀土元素中的至少一種，N 為 T1、Fe、Co、N1、Cr、V、Zn、Nb、Ta、Mo、Hf、W、WC、SiC, TiC 中的至少一種，X 為 S1、C、B、Sn、Ga、Ge、In中的至少一種，其中O彡a彡70,0 ^ b ^ 70,2彡c彡15,0彡d彡5,0.05彡e彡2，且a+b+c+d+e=100。
[0006]上述的一種大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟:
O配料:合金成分原子摩爾比的表達(dá)式為:CuaZrbMeNdXe，其中M為Al、Be、Ag、Au、Pd、Pt或者稀土元素中的至少一種，N 為 T1、Fe、Co、N1、Cr、V、Zn、Nb、Ta、Mo、Hf、W、W、SiC, TiC中的至少一種，X為S1、C、B、Sn、Ga、Ge、In中的至少一種，其中O彡a彡70,0彡b彡70，2彡c彡15，O彡d彡5，0.05彡e彡2，且a+b+c+d+e=100，采用市售純度大于99.9%的純金屬元素配料；
2)鑄錠:在鈦吸氧的純氬氣氛的電弧爐中，將配料熔煉混合均勻，高熔點(diǎn)元素放在上方，使用大于200A的電流至少熔煉4遍以保證合金的成分均勻，之后爐內(nèi)冷卻得到所需要的母合金鑄錠；
3)吸鑄:按量取上一步制備所得母合金，在0.05-0.08MPa的氬氣保護(hù)下用200A以上電流重新熔化，用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體快速吸入水冷銅模中，得到具有拉伸塑性和加工硬化能力的大尺寸非晶復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是上述大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料最小尺寸均在Φ6臟以上。
[0008]所述的大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料中，M元素的主要作用是提高復(fù)合材料非晶基體的玻璃形成能力并穩(wěn)定亞穩(wěn)晶體相；N元素的主要作用是能夠與M元素或者CiuZr反應(yīng)原位生成高熱穩(wěn)定性的金屬間化合物，承擔(dān)變質(zhì)劑的作用，細(xì)化晶粒，與此同時(shí)，N元素的加入可提高或未嚴(yán)重影響復(fù)合材料非晶基體的玻璃形成能力；X元素的加入又可以與M元素、N元素、Cu或者Zr的一種或者幾種反應(yīng),在凝固的過程中生成高熔點(diǎn)的金屬間化合物，更加有效地彌散韌性第二相，使得晶體相充分發(fā)揮其韌塑化作用，同時(shí)，X元素的添加可提高或未嚴(yán)重影響復(fù)合材料非晶基體的玻璃形成能力。
[0009]孿晶變形的方式能夠得到比位錯(cuò)變形方式更大的加工硬化能力，因而在非晶材料中，引入孿晶變形模式會(huì)成為解決非晶材料應(yīng)變軟化問題的一個(gè)有效方式。本發(fā)明通過合理的成分調(diào)節(jié)和工藝控制，生成能夠在形變過程中發(fā)生相變的塊體非晶復(fù)合材料。因此，本發(fā)明為非晶的強(qiáng)韌化改善以及拉伸塑性和加工硬化能力的獲得提供了一種新思路，并且由于本發(fā)明所采用的主要原料是常規(guī)的金屬原料，且性能能夠滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需求，因而具有十分廣闊的工程應(yīng)用前景。
[0010]本發(fā)明中具有拉伸塑性和加工硬化能力的大尺寸非晶復(fù)合材料的晶體體積分?jǐn)?shù)為10%-60%，原位生成的晶體相與非晶基體結(jié)合良好，成為晶體和非晶協(xié)同變形的良好紐帶。晶體相在變形過程中發(fā)生相變，吸收了能量，有效地提高了塑性；并且發(fā)生相變后，晶體相的強(qiáng)度提高，帶來了強(qiáng)烈的加工硬化效果；晶體相的形貌為球形，大大減小了應(yīng)力集中，也對(duì)塑性的提高具有一定的貢獻(xiàn)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明提供了一系列具有拉伸塑性和加工硬化能力的大尺寸非晶復(fù)合材料的制備及設(shè)計(jì)方法，較其他非晶復(fù)合材料具有更大的尺寸，更寬泛的成分范圍和制備條件，更易實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
[0012]2、本發(fā)明提供的大尺寸非晶復(fù)合材料的主要元素為市售普通純金屬原料，價(jià)格便宜，且具有制備工藝簡(jiǎn)單，使用安全等優(yōu)點(diǎn)。
[0013]3、本發(fā)明可以通過對(duì)合金成分和吸鑄工藝兩方面的調(diào)整，來獲得不同晶體體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料，并且在冷卻速度減小(吸鑄尺寸增大)的前提下能夠達(dá)到均勻彌散晶體相的目的，因而能夠通過調(diào)控獲得不同的力學(xué)性能。
[0014]4、本發(fā)明由于是原位生成晶體相，因此與基體結(jié)合良好，且球形晶體相大大減小了應(yīng)力集中，有效地提高了塑性變形能力。本發(fā)明所提供的大尺寸鋯基非晶復(fù)合材料，其壓縮塑性變形達(dá)到20%以上，拉伸塑性能夠達(dá)到10%左右。
[0015]5、與常規(guī)塊體非晶及其復(fù)合材料相比，本發(fā)明所提供的大尺寸鋯基塊體非晶復(fù)合材料最大的特點(diǎn)是通過形變誘導(dǎo)相變的方式產(chǎn)生很強(qiáng)的加工硬化，不僅表現(xiàn)在壓縮過程中的加工硬化，而且在拉伸變形中也具有很強(qiáng)的加工硬化能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明制備的1mmX 1mm大尺寸非晶復(fù)合材料的X射線衍射圖，橫坐標(biāo)為2 Θ角度，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，該合金的名義成分為Cu42.25Ζι.46.5Α1#5%.53ηα75，插圖為材料宏觀照片；
圖2是根據(jù)本發(fā)明制備的1mmX 1mm大尺寸非晶復(fù)合材料的掃描電鏡圖，該合金的名乂成分為 Cu42.25^46.5Al4Ag5NbL 5Sn。.75；
圖3是根據(jù)本發(fā)明制備的1mmX 1mm大尺寸非晶復(fù)合材料的壓縮工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線圖，該合金的名義成分為Cu42.25Zr46.5Al4Ag5NbL 5Sn0.75；
圖4是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ 8mm大尺寸非晶復(fù)合材料的X射線衍射圖，橫坐標(biāo)為2 Θ角度，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，該合金的名義成分為Cu46.75Zr46.Jl45Nbh5Sna5Nia5;
圖5是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ8_大尺寸非晶復(fù)合材料的掃描電鏡圖，該合金的名義成分為 Cu46.75Zr46.25A14.5NbL 5Sn。.5Ni0.5；
圖6是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ8πιπι大尺寸非晶復(fù)合材料的壓縮工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線圖，該合金的名義成分為 Cu46.75Zr46.25A14.5NbL 5Sn0.5Ni0.5；
圖?是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ 8mm大尺寸非晶復(fù)合材料的X射線衍射圖，橫坐標(biāo)為2 Θ角度，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，由下而上，分別為彌散化前(Cu47Zr48Al4Ag1)和彌散化后的相組成圖(Cu46.S5Zr48Al4Ag1Sna75),插圖為 Cu46.J^5Zr48Al4Ag1Sna75的宏觀照片；
圖8是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ8_大尺寸非晶復(fù)合材料的掃描電鏡圖，圖8a為彌散化前的合金組織圖，該合金的名義成分為Cu47Zr48Al4Ag1,圖Sb為彌散化后的合金組織圖，該合金的名義成分為Cu46.25Zr48Al4AglSn0.75,圖8c和8d為圖8b中的組織放大圖(圖8c為X300，圖 8d 為 X 5000)；
圖9是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ8πιπι大尺寸非晶復(fù)合材料的壓縮工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線圖，該合金的名義成分為Cu4f^25Zr48Al4Ag1Sna75;
圖10是根據(jù)本發(fā)明制備的Φ8_大尺寸非晶復(fù)合材料的拉伸真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線圖，該合金的名義成分為Cu4f^25Zr48Al4Ag1Sna75t5
[0017]圖11為Cu4M5Zr48Al4Ag1Sna7^晶復(fù)合材料拉伸后的透射電鏡圖片及其傅里葉變換得到的衍射斑點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1 1mmX 1mm大尺寸Cu42J5Zr4a5Al4Ag5Nbh5Sna7;^晶復(fù)合材料的制備及其組織性能表征
(I)合金成分設(shè)計(jì)
根據(jù)非晶形成理論及合金相圖，在Cu-Zr 二元合金基礎(chǔ)上添加Al元素和Ag元素來提高非晶抵抗晶化的能力并穩(wěn)定亞穩(wěn)奧氏體相，同時(shí)，添加Nb和Sn元素能與已有合金元素反應(yīng)或者添加元素之間反應(yīng)生成高熱穩(wěn)定性金屬間化合物的元素，承擔(dān)變質(zhì)劑的作用，促進(jìn)晶體相析出并彌散晶體相。具體而言，選用Cu42.25Zr46.5Al4Ag5NbL 5Sn0.75合金成分。
[0019](2)配料、合金熔煉及鑄造成型
選用市售純度高于99.9% (重量百分比)的純金屬Cu、Zr、Al、Ag、Nb、Sn按照原子比42.25:46.5:4:5:1.5:0.75的比例配料，然后在鈦錠保護(hù)的氬氣氣氛下熔煉，首先熔煉Zr和Nb的預(yù)合金兩次，然后再與其它元素放在一起熔煉，使用大于200A的電流每個(gè)合金錠至少熔煉20s，且所有合金錠至少熔煉4遍以保證合金的成分均勻。最后利用銅模吸鑄法快冷得到尺寸為10mmX10mmX45 mm的塊體非晶復(fù)合材料。
[0020]( 3 )材料組織、性能表征
利用X射線衍射標(biāo)定合金的相組成，如圖1所示，該合金由非晶基體相和亞穩(wěn)奧氏體型B2晶體相兩相組成，插圖為材料的宏觀照片。利用掃描電鏡觀察了該合金的相形態(tài)及分布，發(fā)現(xiàn)非晶基體上均勻彌散地分布著平均尺寸為?100 μπι的球形B2相，如圖2所示。對(duì)于所制備的1mmX 1mm大尺寸Cu42.MZr4f^5Al4Ag5Nbh5Sna75非晶復(fù)合材料,選取<i)2mmX4mm的試樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，采用小型引伸計(jì)來測(cè)量壓縮過程中的變形，所得的壓縮工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線如圖3所示。可以看出，合金具有?10%的壓縮塑性，并在屈服階段顯示出明顯的加工硬化。
[0021]上述事實(shí)表明，相比已報(bào)道的非晶復(fù)合材料，本發(fā)明所制備的非晶復(fù)合材料具有厘米級(jí)的尺寸，并同時(shí)具有較高的屈服強(qiáng)度、優(yōu)異的壓縮塑性和顯著的加工硬化。
[0022]實(shí)施例2Φ8ι?πι大尺寸Cu46.T5Zr4a25Al45Nbh5Sna5Niai^晶復(fù)合材料的制備及其組織性能表征
(I)合金成分設(shè)計(jì)
根據(jù)非晶形成理論及合金相圖，在Cu-Zr 二元合金基礎(chǔ)上添加Al元素元素來提高非晶抵抗晶化的能力并穩(wěn)定亞穩(wěn)奧氏體相，同時(shí)，添加Ni和Sn元素能與已有合金元素反應(yīng)或者添加元素之間反應(yīng)生成高熱穩(wěn)定性金屬間化合物的元素，承擔(dān)變質(zhì)劑的作用，促進(jìn)晶體相析出并彌散晶體相。并且研究表明，Ni還有調(diào)節(jié)晶體相馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的作用。具體而言，選用 Cu46.75Zr46.25A14.5NbL 5Sn0.5Ni0.5合金成分。
[0023](2)配料、合金熔煉及鑄造成型
選用市售純度高于99.9% (重量百分比)的純金屬Cu、Zr、Al、Nb、Sn、Ni按照原子比46.75:46.25:4.5:1.5:0.5:0.5的比例配料，然后在鈦錠保護(hù)的氬氣氣氛下熔煉，首先熔煉Zr和Nb的預(yù)合金兩次，然后再與其它元素放在一起熔煉，使用大于200A的電流每個(gè)合金錠至少熔煉20s，且所有合金錠至少熔煉4遍以保證合金的成分均勻。最后利用銅模吸鑄法快冷得到為Φ 8mm X 45 mm的塊體非晶復(fù)合材料。
[0024]( 3 )材料組織、性能表征
利用X射線衍射標(biāo)定合金的相組成，如圖4所示，該合金由非晶基體相和亞穩(wěn)奧氏體型B2晶體相兩相組成，插圖為材料的宏觀照片。利用掃描電鏡觀察了該合金的相形態(tài)及分布，發(fā)現(xiàn)非晶基體上均勻彌散地分布著平均尺寸為〈200 μ m的球形B2相，如圖5所示。對(duì)于所制備的Φ8ι?πι大尺寸Cu42.MZr4a5Al4Ag5Nbh5Sna75非晶復(fù)合材料,選取<i)2mmX4mm的試樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，采用小型引伸計(jì)來測(cè)量壓縮過程中的變形，所得的壓縮工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線如圖3所示?？梢钥闯?，合金具有>20%的壓縮塑性，并在屈服階段顯示出明顯的加工硬化。
[0025]上述事實(shí)表明，相比已報(bào)道的非晶復(fù)合材料，本發(fā)明所制備的Φ8πιπι大尺寸非晶復(fù)合材料具有十分優(yōu)異的壓縮塑性，并同時(shí)具有較高的屈服強(qiáng)度顯著的加工硬化。
[0026]實(shí)施例3 Φ8ι?πι大尺寸Cu4a25Zr48Al4Ag1Sna75金屬玻璃復(fù)合材料的制備及其組織性能表征
(I)合金成分設(shè)計(jì)
根據(jù)非晶形成理論及合金相圖，在Cu-Zr 二元合金基礎(chǔ)上添加Al元素和Ag元素來提高非晶抵抗晶化的能力并穩(wěn)定亞穩(wěn)奧氏體相，同時(shí)，添加的Sn元素能與已有合金元素反應(yīng)生成高熱穩(wěn)定性金屬間化合物的元素，承擔(dān)變質(zhì)劑的作用，促進(jìn)晶體相析出并彌散晶體相。具體而言，選用Cu46 ^Zr48Al4Ag1Sn0.75合金成分。
[0027](2)配料、合金熔煉及鑄造成型
選用市售純度高于99.9% (重量百分比)的純金屬Cu、Zr、Al、Ag、Nb、Sn按照原子比46.25:48:4:1:0.75的比例配料，然后在鈦錠保護(hù)的氬氣氣氛下熔煉，使用大于200Α的電流每個(gè)合金錠至少熔煉20s，且所有合金錠至少熔煉4遍以保證合金的成分均勻。最后利用銅模吸鑄法快冷得到為Φ8_Χ45 mm的塊體非晶復(fù)合材料
(3)材料組織、性能表征及機(jī)理研究
利用X射線衍射標(biāo)定合金的相組成，如圖7上方的衍射峰所示，該合金由非晶基體相和B2晶體相兩相組成，插圖為材料的宏觀照片。上下兩個(gè)X射線峰的對(duì)比說明，適量的合金元素Sn的添加不僅沒有嚴(yán)重降低復(fù)合材料基體的非晶形成能力，反而提高了基體的非晶形成能力。利用掃描電鏡觀察了該合金的相形態(tài)及分布，發(fā)現(xiàn)非晶基體上均勻彌散地分布著平均尺寸為?100 μ m的球形B2相，適量的Sn元素的添加有效地均勻彌散晶體相，如圖8所示。對(duì)于所制備的Φ 8mm大尺寸Cu46.J^5Zr48Al4Ag1Sna75非晶復(fù)合材料，選取Φ2πιπιΧ4πιπι的試樣進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，采用小型引伸計(jì)來測(cè)量壓縮過程中的變形，所得的壓縮工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線如圖9所示。可以看出，合金具有?12%的壓縮塑性，并在屈服階段顯示出明顯的加工硬化。對(duì)于所制備的Φ8ι?πι大尺寸Cu46.J^5Zr48Al4Ag1Sna75非晶復(fù)合材料,加工成Φ 3mmX 45mm的棒狀試樣,其中標(biāo)距段尺寸為Φ 1.5mmX 6mm的試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，采用小型引伸計(jì)來測(cè)量拉伸過程中的變形，所得的拉伸真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖10所示?？梢钥闯?，合金具有?7%的拉伸塑性，并在屈服階段顯示出明顯的加工硬化。圖11為Ci^25Zr48Al4Ag1Sna75非晶復(fù)合材料拉伸后的透射電鏡圖片及其傅里葉變換得到的衍射斑點(diǎn)，通過衍射斑點(diǎn)標(biāo)定確定晶體相為單斜結(jié)構(gòu)的馬氏體型B19’ -CuZr相，也就是說在變形過程中，由于外加應(yīng)力的作用，亞穩(wěn)的奧氏體型體心立方B2-CuZr晶體相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)的 B19’ -CuZr 相。
[0028]上述事實(shí)表明，相比已報(bào)道的非晶復(fù)合材料，本發(fā)明所制備的Φ8πιπι非晶復(fù)合材料具同時(shí)具有較高的屈服強(qiáng)度、優(yōu)異的壓縮塑性、良好的拉伸塑性和顯著的加工硬化。通過以上分析表明本發(fā)明所提供的非晶復(fù)合材料在變形過程中能夠發(fā)生從體心立方的Β2相到單斜結(jié)構(gòu)的Β19’相的馬氏體轉(zhuǎn)變，一方面用形變誘導(dǎo)相變產(chǎn)生的加工硬化彌補(bǔ)了非晶基體應(yīng)變軟化的弱點(diǎn)，另一方面利用形變誘導(dǎo)相變產(chǎn)生的塑性賦予該合金良好的拉伸塑性。
【權(quán)利要求】
1.一種大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料，合金成分原子摩爾比的表達(dá)式為:CuaZrbMeNdXe，其中 Μ 為 Al、Be、Ag、Au、Pd、Pt 或者稀土元素中的至少一種，N 為 T1、Fe、Co、N1、Cr、V、Zn、Nb、Ta、Mo、Hf、W、WC、SiC、TiC 中的至少一種，X 為 S1、C、B、Sn、Ga、Ge、In中的至少一種，其中0彡a彡70,0彡b彡70,2彡c彡15,0彡d彡5,0.05彡e彡2，且a+b+c+d+e=100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟: 1)配料:合金成分原子摩爾比的表達(dá)式為:CuaZrbMeNdXe，其中Μ為Al、Be、Ag、Au、Pd、Pt或者稀土元素中的至少一種，N 為 T1、Fe、Co、N1、Cr、V、Zn、Nb、Ta、Mo、Hf、W、WC、SiC、TiC中的至少一種，X為S1、C、B、Sn、Ga、Ge、In中的至少一種，其中0彡a彡70,0彡b彡70，2彡c彡15，0彡d彡5，0.05彡e彡2，且a+b+c+d+e=100，采用市售純度大于99.9%的純金屬元素配料； 2)鑄錠:在鈦吸氧的純氬氣氛的電弧爐中，將配料熔煉混合均勻，高熔點(diǎn)元素放在上方，使用大于200A的電流至少熔煉4遍以保證合金的成分均勻，之后爐內(nèi)冷卻得到所需要的母合金鑄錠； 3)吸鑄:按量取上一步制備所得母合金，在0.05-0.08MPa的氬氣保護(hù)下用200A以上電流重新熔化，用電弧爐中的吸鑄裝置，將母合金的熔體快速吸入水冷銅模中，得到具有拉伸塑性和加工硬化能力的大尺寸非晶復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種大尺寸相變誘導(dǎo)塑性非晶復(fù)合材料，其特征是，其最小尺寸均在Φ6ι?πι以上。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK104498844SQ201410657971
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】呂昭平, 宋溫麗, 吳淵, 王輝, 劉雄軍, 杜清, 曹迪, 周捷 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)