一種合金的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合金的加工方法，更具體地，涉及一種非晶合金或者非晶合金與 納米晶合金的混合物的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶合金自1960年被首次發(fā)現(xiàn)以來，一直是研究的熱點。20世紀(jì)90年代采用多 元合金化法，降低了非晶合金的臨界冷卻速度，實現(xiàn)了塊體非晶合金的制備，使該類材料的 工程應(yīng)用成為可能。非晶合金具有短程有序、長程無序的結(jié)構(gòu)，使其具有高強(qiáng)度、高硬度、高 彈性極限、抗磨損等優(yōu)異的力學(xué)性能。非晶合金所具有的結(jié)構(gòu)特點雖然為工程應(yīng)用提供了 優(yōu)異的材料，但是也極大地限制了該類合金材料的再加工制造，包括對該合金材料局部的 切削、鉆孔、沖壓或沖孔等。例如目前普遍采取的在常溫下以普通金屬的加工手段加工非晶 合金時，存在加工刀具的損耗明顯高于進(jìn)行普通金屬加工時的損耗，加工刀具的使用壽命 短的問題。因此，將普通金屬的加工方法直接應(yīng)用于非晶合金材料的加工是不合適的。缺 少合適的加工方法已成為非晶合金材料大規(guī)模應(yīng)用的重要障礙。
[0003] 雖然非晶合金在過冷液相區(qū)具有優(yōu)異的變形能力，也已公開了很多在過冷液相區(qū) 成型的方法，但是由于非晶合金為一種亞穩(wěn)態(tài)材料，加工過程中不當(dāng)?shù)纳郎睾徒禍睾苋菀?引起材料的晶化行為，大大地惡化了非晶合金的材料性能。同時，控制快速地升溫和降溫的 要求也使得非晶合金的成型工藝和裝備異常復(fù)雜，難于應(yīng)用于實際工程中。已有對非晶合 金加工方法的改進(jìn)為采取對非晶合金待加工件整體控溫，存在能耗高、易引起非晶合金材 料晶化和影響加工得到的材料的性能的缺陷。
[0004] 因此，為了使非晶合金能夠?qū)崿F(xiàn)可工業(yè)化的加工，需要一種能耗低、引起非晶合金 晶化行為小的適于非晶合金的加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)加工非晶合金存在的缺陷，提供一種合金的加 工方法，主要為針對合金的機(jī)械加工或壓力加工。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種合金的加工方法，該方法包括：（1)對合金的 待加工部位進(jìn)行加熱；（2)對步驟（1)中加熱的待加工部位進(jìn)行機(jī)械加工或壓力加工；（3) 對步驟（2)中加工后的加工部位進(jìn)行冷卻；其中，所述加熱達(dá)到的溫度為所述合金的玻璃 轉(zhuǎn)化溫度至所述合金的晶化溫度；所述加熱的方式為在所述合金的待加工部位進(jìn)行摩擦加 熱；所述合金為非晶合金或者為非晶合金與納米晶合金的混合物。
[0007] 按照本發(fā)明的上述技術(shù)方案，對非晶合金或者非晶合金與納米晶合金的混合物進(jìn) 行機(jī)械加工或壓力加工時，只在待加工部位進(jìn)行局部加熱，當(dāng)溫度超過該合金的玻璃轉(zhuǎn)化 溫度時，該合金材料的硬度將大幅降低，有利于該合金材料的加工，減少現(xiàn)有技術(shù)在室溫條 件對非晶合金材料加工時由于材料的高強(qiáng)度和高硬度的特性對加工工具帶來的損傷。同 時，加熱溫度控制在該合金材料的晶化溫度以下，可以減少合金材料產(chǎn)生晶化的現(xiàn)象，并且 僅局部加熱不僅對由該合金制得的產(chǎn)品整體的形狀和尺寸精度影響小，而且加熱消耗的能 量也更低。采用本發(fā)明提供的加工方法，可以避免在室溫下加工非晶合金或者非晶合金與 納米晶合金的混合物時，因該材料的高強(qiáng)度高硬度的材料特性對加工工具造成的損傷，延 長加工模具和刀具的使用壽命，降低材料的加工成本。
[0008] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0009] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0010] 圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式得到的加工后的非晶合金的XRD譜圖；
[0011] 圖2為非晶合金和納米晶合金的混合物的XRD譜圖。
【具體實施方式】
[0012] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0013] 本發(fā)明提供一種合金的加工方法，該方法包括：（1)對合金的待加工部位進(jìn)行加 熱；（2)對步驟（1)中加熱的待加工部位進(jìn)行機(jī)械加工或壓力加工；（3)對步驟（2)中加工 后的加工部位進(jìn)行冷卻；其中，所述加熱達(dá)到的溫度為所述合金的玻璃轉(zhuǎn)化溫度至所述合 金的晶化溫度；所述加熱的方式為在所述合金的待加工部位進(jìn)行摩擦加熱；所述合金為非 晶合金或者為非晶合金與納米晶合金的混合物。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，所述加熱達(dá)到的溫度為所述合金的晶化溫度以下，這樣一方面可以 避免因非晶合金的加工溫度高于該非晶合金的晶化溫度時可能導(dǎo)致的非晶合金易于產(chǎn)生 晶化現(xiàn)象，另一方面能夠避免加工的產(chǎn)品的尺寸精度受影響的問題。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行所述加熱可以使待加工部位的合金的強(qiáng)度和硬度降低，從而可 以有利于使用常規(guī)加工設(shè)備對該合金材料進(jìn)行加工，降低了加工難度。所述加熱可以達(dá)到 的溫度只要能使該合金材料的硬度降低即可，如所述加熱達(dá)到的溫度為所述合金的玻璃轉(zhuǎn) 化溫度以上。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，所述加工方法中，可以經(jīng)步驟（1)將合金的待加工部位加熱后再進(jìn)行 步驟（2)。還可以在進(jìn)行機(jī)械加工時，一邊加熱待加工部位一邊同步進(jìn)行機(jī)械加工，即步驟 (2)中所述機(jī)械加工在步驟（1)所述加熱達(dá)到的溫度下進(jìn)行，通過摩擦加熱維持該機(jī)械加工 的溫度。加熱待加工部位并同步進(jìn)行機(jī)械加工的加工方法，可以保證機(jī)械加工在維持的溫 度下持續(xù)進(jìn)行，適于加工深孔或大尺寸的機(jī)械加工。
[0017] 本發(fā)明中，所述壓力加工可以為采用沖模模具進(jìn)行熱壓。所述熱壓是指給沖模模 具一定的溫度再對待加工部件進(jìn)行壓力加工，具體如沖孔。
[0018] 本發(fā)明中，所述機(jī)械加工可以為采用機(jī)械加工刀具進(jìn)行機(jī)械切削，如車削、鉆削、 鏜削、刨削、統(tǒng)削和磨削等。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，所述合金中可以除含有非晶合金外，還可能因制造條件導(dǎo)致含有納 米晶合金。所述納米晶合金的金屬元素組成可以與非晶合金的金屬元素組成相同。優(yōu)選情 況下，所述合金為非晶合金與納米晶合金的混合物時，以所述混合物的總體積為基準(zhǔn)，所述 納米晶合金的體積含量大于0且為10%以下。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，摩擦加熱可以為通過使用金屬摩擦材料與合金的待加工部位接觸并 相對滑動實現(xiàn)。金屬摩擦材料只要能在與合金的待加工部位的摩擦過程中使合金的待加工 部位溫度升高，且不影響合金的待加工部位的材料性能即可。優(yōu)選情況下，采用摩擦材料對 合金的待加工部位進(jìn)行所述摩擦加熱，所述摩擦材料可以為金屬摩擦材料或非金屬摩擦材 料。一般所述摩擦材料具有比所述合金的晶化溫度更高的熔點，例如所述金屬摩擦材料可 以為W 12Cr4V5C〇5 ;所述非金屬材料可以為：氧化鋁、氧化硅、碳化硅等。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明，使用的所述金屬摩擦材料可以有一定的粗糙度，只要能實現(xiàn)摩擦加 熱且不影響合金的待加工部位的材料性能即可。優(yōu)選情況下，所述摩擦材料的摩擦面的粗 糙度Ra可以為80-120。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，使金屬摩擦材料與合金的待加工部位接觸并相對滑動，可以是金屬 摩擦材料與合金的待加工部位均為運動；或者可以是合金的待加工部位為靜止，金屬摩擦 材料在合金的待加工部位上滑動。金屬摩擦材料的滑動可以是金屬摩擦材料的摩擦面在合 金的待加工部位的表面上的直線往復(fù)運動，或者是金屬摩擦材料的摩擦面平行于合金的待 加工部位的表面旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選合金的待加工部位為靜止，金屬摩擦材料的摩擦面平行于合金 的待加工部位的表面旋轉(zhuǎn)。在所述摩擦加熱過程中，所述金屬摩擦材料可以對所述合金的 待加工部位施加的壓力，例如可以通過控制金屬摩擦材料對合金的加工部位的進(jìn)給量來實 現(xiàn)，可以是手動控制或者自動控制。
[0023] 本發(fā)明中，需要步驟（3)對加工完成的加工部位進(jìn)行冷卻?？梢愿鶕?jù)非晶合金的 材料特性選擇冷卻方式，優(yōu)選情況下，步驟（3)中所述冷卻的方式為氣體冷卻、液體介質(zhì)冷 卻或者自然冷卻。對于非晶形成能力較強(qiáng)、熱穩(wěn)定性較好的合金材料，可以采用空氣冷卻， 甚至在空氣中自然冷卻。對于非晶形成能力較差、熱穩(wěn)定性低的合金材料可以采用液體介 質(zhì)冷卻，如水冷或油冷。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，所述非晶合金的組成表示為ZraCUbAl eMdRe，其中M選自 、？6、(：0、]\111、〇、11、1^、了 &和恥中的至少一種，1?選自稀土元素中的至少一種，&、13、(3、 d和e為各元素在所述非晶合金中對應(yīng)的原子百分?jǐn)?shù)，分別為：40 < a < 70,15 < b < 35， 5彡c彡15,5彡d彡15,0〈e彡2. 5。該類非晶合金具有低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以及大的臨界 尺寸，同時具有大于1500MPa的機(jī)械強(qiáng)度，更適于采用摩擦加熱的方式進(jìn)行加工。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選情況下，所述非晶合金為Zi^Ci^AliaNi^Eri、Zi^Ci^AliaNiA和 Zr^Ci^AlmNiA』中的至少一種。使用有上述組成的非晶合金更適合與采用摩擦加熱的方 式進(jìn)行加工，可以有更好的加工效果。
[0026] 本發(fā)明的一種實施方式中，對合金的待加工部位進(jìn)行加熱，所述加熱達(dá)到的 溫度為所述合金的晶化溫度以下且所述合金的玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上。例如，非晶合金 Zr^Ci^AUNiJu的晶化溫度為500°C，玻璃轉(zhuǎn)化溫度為430°C，對該非晶合金的待加工部 位進(jìn)行加熱，加熱達(dá)到的溫度的范圍為430-500°C。非晶合金的晶化溫 度為500°C，玻璃轉(zhuǎn)化溫度為430°C，對該非晶合金的待加工部位進(jìn)行加熱，加熱達(dá)到的溫 度的范圍為430-500°C。非晶合金ZrJi^AUNiA的晶化溫度為500°C，玻璃轉(zhuǎn)化溫度為 430°C，對該非晶合金的待加工部位進(jìn)行加熱，加熱達(dá)到的溫度的范圍為430-500°C。
[0027] 以下將通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028] 以下實施例中通過X射線衍射（XRD)方法，采用XRD衍射儀（日本理學(xué)D/ Max2200PC)分析合金是否有納米晶結(jié)構(gòu)，以及合金加工部位是否為非晶結(jié)構(gòu)。分析條件為 ： 銅靶，入射波長人=丨.54060A，加速電壓40kV，電流20mA，步進(jìn)掃描10° /分鐘，衍射角2 0 為20°至80°，得到XRD譜圖。