專利名稱：一種提高非晶合金壓縮塑性的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高非晶合金壓縮塑性的方法，本發(fā)明還涉及一種提高非晶合金
壓縮塑性的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
非晶合金是最近10余年開發(fā)出的具有多種特殊優(yōu)異性能的新型合金材料，該合 金材料不同于非晶薄帶、薄膜、微粉等等傳統(tǒng)低維非晶合金材料，具有大于1mm以上的宏觀 幾何尺寸。由于非晶合金具有遠(yuǎn)優(yōu)于同成分晶態(tài)合金的強度、耐蝕性和其它功能性能，使非 晶合金具有顯著的應(yīng)用前景。 非晶合金盡管具有很高的強度，但在具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的形狀下延性較差，已知的 非晶合金在標(biāo)準(zhǔn)測量條件下(即具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比)的塑性變形量小于2%，使該類材料的應(yīng) 用受到限制。為提高非晶合金的塑性變形能力，研究人員已進行了大量研究。目前已報道 的提高非晶合金塑性變形能力的工藝方法主要有原位析出納米相增塑法、外加顆?；蚶w維 增塑法、脈沖電流處理法等，但這些方法在處理非晶合金的過程中的工藝比較復(fù)雜，實現(xiàn)比 較困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)提高非晶合金塑性變形能力的方法工藝比較復(fù)雜的問題，本發(fā)明 提供一種比較簡單的提高非晶合金塑性變形能力的方法。 —種提高非晶合金壓縮塑性的方法，其包括以下步驟將非晶合金材料切割成高 徑比大于0且小于1的形狀；將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿 高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之間。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法將非晶合金材料切割 成高徑比大于0且小于1的形狀(非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的形狀)進行預(yù)制壓縮。由于非晶合金 材料在具有非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下具有較大的壓縮塑性，能夠承受一定的變形量而不被損 壞，因此在非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下對所述非晶合金材料沿高度方向進行單軸壓縮，使所述 非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之間。通過壓縮的過程在所述非晶 合金材料中引入豐富的剪切帶，提高所述非晶合金材料的塑性變形能力，使非晶合金材料 在標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下也能具有較大的壓縮塑性。因為不需要復(fù)雜的工藝，所以其實現(xiàn)比 較簡單。 本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)方法較簡單的提高非晶合金塑性變形能力的系統(tǒng)，其包 括預(yù)制切割模塊和預(yù)制壓縮模塊。所述預(yù)制切割模塊用于控制切割機臺將非晶合金材料 切割成高徑比大于0且小于1的形狀；所述預(yù)制壓縮模塊用于控制壓縮機臺將所述非晶合 金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之 間。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)中，所述預(yù)制切割模塊控制切割機臺將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀(非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的形 狀)，所述預(yù)制壓縮模塊控制壓縮機臺對所述非晶合金材料進行預(yù)制壓縮。由于在非標(biāo)準(zhǔn)條 件下減小高徑比將使非晶合金材料能夠承受一定的變形量而不被損壞，因此，通過所述預(yù) 制壓縮模塊的控制在非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下對所述非晶合金材料沿高度方向進行單軸壓 縮，使所述非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之間。在壓縮的過程中， 在所述非晶合金材料中引入豐富的剪切帶，提高所述非晶合金材料的塑性變形能力。因為 不需要復(fù)雜的工藝，所以其實現(xiàn)方法比較簡單。


圖1是本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法的步驟流程圖； 圖2和圖3是本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法的原理示意圖； 圖4是本發(fā)明提高非晶合金壓縮塑性的方法中，預(yù)制壓縮過程施加的工程應(yīng)力與
非晶合金材料具有的塑性變形量的關(guān)系圖； 圖5是驗證經(jīng)過本發(fā)明方法處理后的非晶合金材料具有的塑性變形量與施加的 工程應(yīng)力的關(guān)系圖； 圖6是本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，10提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)；
ll預(yù)制切割模塊；
13預(yù)制壓縮模塊。
具體實施例方式
請參閱圖1，圖1是本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法的步驟流程圖。 在步驟S102中，將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀； 在本步驟中，所述高徑比，對于非晶合金棒材指高度與直徑之比，對于非晶合金板
材則指厚度與寬度的比。因此本步驟中，對于非晶合金的實心棒材，應(yīng)該切割成高度與直徑
比大于0且小于1的形狀；對于非晶合金板材，應(yīng)該切割成厚度與寬度比大于O且小于1的形狀。 在標(biāo)準(zhǔn)測量條件下(即高徑比等于2. 0 2. 5)，對非晶合金材料進行壓縮時，得到 的塑性變形量很小，通常不超過2% ;而在非標(biāo)準(zhǔn)條件下，即減小高徑比時，非晶合金材料能 夠承受一定的塑性變形量而不被損壞，在高徑比大于0且小于1的情況下，非晶合金材料的 塑性變形量可以達(dá)到更高。 在步驟S104中，將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿高 度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之間。 在本步驟中，對所述非晶合金材料沿高度方向的單軸壓縮稱為預(yù)制壓縮，其導(dǎo)致 的塑性變形量稱為預(yù)變形量。 剪切帶是非晶合金力學(xué)變形中的一個特點，是表征非晶合金的塑性變形的一個重 要指標(biāo)，一般認(rèn)為，剪切帶的滑移對應(yīng)著宏觀的塑性應(yīng)變量的增加，因此，剪切帶的數(shù)量越 多，非晶合金的塑性變形能力越佳。 通過在高徑比大于0且小于1的情況下，對非晶合金進行沿高度方向進行單軸壓縮，可以引入豐富的剪切帶，提高非晶合金的塑性變形能力。根據(jù)不同的需要，在高徑比大 于0且小于1的情況下，將非晶合金材料沿高度方向施加單軸壓縮至其預(yù)變形量達(dá)到5%至 50%之間，可以獲得不同程度的塑性變形能力。 若所述非晶合金材料沿高度方向的預(yù)變形量小于5%，在所述非晶合金材料中引
入的剪切帶數(shù)量過少，塑性變形能力提高并不明顯；若所述非晶合金材料沿高度方向的預(yù)
變形量超過50%，所述非晶合金材料內(nèi)部的剪切帶將可能發(fā)展為微裂紋，這些微裂紋會引
起應(yīng)力集中并誘發(fā)失穩(wěn)斷裂，也會影響非晶合金材料的塑性變形能力的提高。 因此，對于非晶合金棒材，可以采用萬能材料試驗機對材料進行鍛壓、擠壓等加工
方法，使所述非晶合金棒材沿高度方向的預(yù)變形量達(dá)到5%至50%之間；對于非晶合金板
材，則可以采用靜壓、鍛壓、擠壓、輥壓等方法沿厚度方向施加單軸壓縮，使所述非晶合金板
材沿厚度方向的預(yù)變形量達(dá)到5%至50%之間。 請一并參閱圖2和圖3，圖2和圖3是本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法的原 理示意圖。下面以處理直徑為4mm的非晶合金棒為例具體說明本發(fā)明的提高非晶合金壓縮 塑性的方法 首先，對非晶合金材料進行預(yù)制切割。將直徑為4mm的非晶合金棒切割成高度為 1. 6mm的形狀，即將非晶合金棒切割成高徑比為0. 4的形狀； 然后，對非晶合金材料進行預(yù)制壓縮。利用WDW-50型微機控制電子萬能材料試驗 機對切割后的所述非晶合金棒進行單軸壓縮，應(yīng)變速率1 X 10—4s—、壓縮使所述非晶合金棒 沿高度方向的預(yù)變形量達(dá)到5 % 。 在上述步驟結(jié)束后，所述非晶合金材料由于在非標(biāo)準(zhǔn)高徑比條件下的單軸壓縮， 引入的剪切帶使處理后的非晶合金材料塑性變形量大大增加。 為了驗證所述非晶合金的塑性變形能力，對壓縮之后的所述非晶合金再一次進行 切割，將處理后的所述非晶合金切割成具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的形狀(高徑比=2.0)。再次切割 時，為全面驗證處理后的所述非晶合金的塑性變形能力，切割后非晶合金材料的高度方向 可以垂直于所述單軸壓縮的方向，如圖2所示；也可以平行于所述單軸壓縮的方向，如圖3 所示。 請一并參閱圖4、圖5，圖4是本發(fā)明提高非晶合金壓縮塑性的方法中，預(yù)制壓縮過 程施加的工程應(yīng)力與非晶合金材料具有的塑性變形量的關(guān)系圖；圖5是驗證經(jīng)過本發(fā)明提 高非晶合金壓縮塑性的方法處理后的非晶合金材料具有的塑性變形量與施加的工程應(yīng)力 的關(guān)系圖。經(jīng)驗證實驗表明，經(jīng)本方法處理后，沿高度方向具有5%預(yù)變形量的非晶合金樣 品在標(biāo)準(zhǔn)高徑比條件下的塑性變形量可達(dá)到3. 0%，比未經(jīng)本方法處理的非晶合金樣品的 最大塑性變形量(1. 0% )提高了 200%;經(jīng)本方法處理后，沿高度方向具有10%預(yù)變形量的 非晶合金樣品在標(biāo)準(zhǔn)高徑比條件下的塑性變形量可達(dá)到4. 5%，與未經(jīng)處理的具有標(biāo)準(zhǔn)高 徑比的樣品相比，其最大塑性變形量提高了 350% ;經(jīng)本方法處理后，沿高度方向具有15% 預(yù)變形量的非晶合金樣品在標(biāo)準(zhǔn)高徑比條件下的塑性變形量可達(dá)到8. 2%，與未經(jīng)處理的 具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的樣品相比，其最大塑性變形量提高了 720%。 本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法將非晶合金材料切割成高徑比大于0且 小于l的形狀(非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的形狀)并進行預(yù)制壓縮。由于非晶合金材料在具有非標(biāo)準(zhǔn) 高徑比的條件下具有較大的壓縮塑性，能夠承受一定的變形量而不被損壞，因此在非標(biāo)準(zhǔn)
5高徑比的條件下對所述非晶合金材料沿高度方向進行單軸壓縮，使所述非晶合金材料沿高 度方向的預(yù)變形量達(dá)到5%至50%之間。通過預(yù)制壓縮的過程在所述非晶合金材料中引入 豐富的剪切帶，提高所述非晶合金材料的塑性變形能力。經(jīng)本方法處理后的非晶合金材料 在具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下，無論其高度是垂直于施加預(yù)制壓縮的方向或者是平行于施加 預(yù)制壓縮的方向，所述非晶合金材料都能具有較大的壓縮塑性。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明 因為不需要復(fù)雜的制作工藝，所以其實現(xiàn)比較簡單。 另外，通過沿所述高度方向施加不同程度的壓力，使處理的所述非晶合金材料造 成不同的預(yù)變形量，可以控制處理后的所述非晶合金材料具有不同的塑性變形能力。
請參閱圖6，圖6是本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
所述提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)10包括預(yù)制切割模塊11和預(yù)制壓縮模塊13。
所述預(yù)制切割模塊11用于控制切割機臺將非晶合金材料切割成高徑比大于0且 小于1的形狀。 所述高徑比，對于非晶合金棒材應(yīng)該是高度與直徑的比值，對于非晶合金板材則 指厚度與寬度的比值。因此所述預(yù)制切割模塊11對于非晶合金的實心棒材，應(yīng)該切割成高 度與直徑比大于O且小于1的形狀；對于非晶合金板材，應(yīng)該切割成厚度與寬度比大于O且 小于1的形狀。 在標(biāo)準(zhǔn)測量條件下(即高徑比等于2. 0 2. 5)，對非晶合金材料進行壓縮時，得到 的塑性變形量很小，通常不超過2% ;而在非標(biāo)準(zhǔn)條件下，即減小高徑比時，非晶合金材料能 夠承受一定的塑性變形量而不被損壞，在高徑比大于0且小于1的情況下，非晶合金材料的 塑性變形量可以達(dá)到更高，因此首先所述預(yù)制切割模塊11控制切割機臺將所述非晶合金 材料進行預(yù)制切割，切割成高徑比大于0且小于1的形狀。 所述預(yù)制壓縮模塊13用于控制壓縮機臺將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮， 使所述非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之間。 所述預(yù)制壓縮模塊13控制壓縮機臺對所述非晶合金材料沿高度方向的單軸壓縮 稱為預(yù)制壓縮，其導(dǎo)致的塑性變形量稱為預(yù)變形量。 剪切帶是非晶合金力學(xué)變形中的一個特點，是表征非晶合金的塑性變形的一個重 要指標(biāo)，一般認(rèn)為，剪切帶的滑移對應(yīng)著宏觀的塑性應(yīng)變量的增加，因此，剪切帶的數(shù)量越 多，非晶合金的塑性變形能力越佳。 所述預(yù)制壓縮模塊13控制壓縮機臺在非晶合金材料的高徑比大于0且小于1的 情況下，對非晶合金沿高度方向進行單軸壓縮，可以引入豐富的剪切帶，提高非晶合金的塑 性變形能力。根據(jù)不同的需要，所述預(yù)制壓縮模塊13在非晶合金材料的高徑比小于1的情 況下，可以控制壓縮機臺將非晶合金材料壓縮至沿高度方向的預(yù)變形量達(dá)到5%至50%之 間，以獲得不同程度的塑性變形能力。 若所述非晶合金材料沿高度方向的預(yù)變形量小于5 % ，在所述非晶合金材料中弓I
入的剪切帶數(shù)量過少，塑性變形能力提高并不明顯；若所述非晶合金材料沿高度方向的預(yù)
變形量超過50%，所述非晶合金材料內(nèi)部的剪切帶將可能發(fā)展為微裂紋，這些微裂紋會引
起應(yīng)力集中并誘發(fā)失穩(wěn)斷裂，也會影響非晶合金材料的塑性變形能力的提高。 對于非晶合金棒材，可以通過所述預(yù)制壓縮模塊13控制萬能材料試驗機對材料
進行鍛壓、擠壓等加工方法對其施加沿高度方向的單軸壓縮，使其沿高度方向的預(yù)變形量達(dá)到5%至50%之間；對于非晶合金板材，則可以采用靜壓、鍛壓、擠壓、輥壓等方法對其施
加沿厚度方向的單軸壓縮，使其沿厚度方向的預(yù)變形量達(dá)到5%至50%之間。 下面以處理直徑為4mm的非晶合金實心棒材為例具體說明本發(fā)明的提高非晶合
金壓縮塑性的系統(tǒng) 所述預(yù)制切割模塊11控制切割機臺對非晶合金材料進行預(yù)制切割，將直徑為4mm
的非晶合金棒切割成高度為1. 6mm的形狀，即切割后非晶合金棒的高徑比為0. 4。 所述預(yù)制壓縮模塊13控制WDW-50型微機控制電子萬能材料試驗機對非晶合金材
料進行預(yù)制壓縮，其應(yīng)變速率1 X 10—4s—、壓縮使所述非晶合金棒沿高度方向的預(yù)變形量達(dá)
到5% 。所述非晶合金由于在非標(biāo)準(zhǔn)高徑比條件下的單軸壓縮，引入的剪切帶使其塑性變形
量大大增加。 為了驗證所述非晶合金的塑性變形能力，對經(jīng)過所述預(yù)制壓縮之后的所述非晶合
金再進行一次切割，將所述非晶合金切割成具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的形狀(高徑比=2. 0)。再次
切割時，為全面驗證所述非晶合金壓縮處理后的塑性變形能力，切割后非晶合金樣品的高
度方向可以垂直于所述預(yù)制壓縮的方向；也可以平行于所述預(yù)制壓縮的方向。 利用WDW-50型微機控制電子萬能材料試驗機對預(yù)制處理后具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的非
晶合金樣品再次進行壓縮，然后與未經(jīng)本系統(tǒng)處理的具有標(biāo)準(zhǔn)高徑比的非晶合金樣品進行
性能對比。 經(jīng)驗證實驗表明，通過所述預(yù)制壓縮模塊13的控制對非晶合金材料進行不同程 度的預(yù)制壓縮，可以使處理后的所述非晶合金材料的塑性變形量具有不同程度的增加。
經(jīng)本系統(tǒng)處理后，沿高度方向具有5%預(yù)變形量的非晶合金樣品在標(biāo)準(zhǔn)高徑比條 件下的塑性變形量可達(dá)到3. 0%，比未經(jīng)本系統(tǒng)處理的非晶合金樣品的最大塑性變形量 (1.0% )提高了 200%。 經(jīng)本系統(tǒng)處理后，沿高度方向具有10%預(yù)變形量的非晶合金樣品在標(biāo)準(zhǔn)高徑比 條件下的塑性變形量可達(dá)到4. 5%，比未經(jīng)本系統(tǒng)處理的非晶合金樣品的最大塑性變形量 (1.0% )提高了 350% ; 經(jīng)本系統(tǒng)處理后，沿高度方向具有15%預(yù)變形量的非晶合金樣品在標(biāo)準(zhǔn)高徑比 條件下的塑性變形量可達(dá)到8. 2%，比未經(jīng)本系統(tǒng)處理的非晶合金樣品的最大塑性變形量 (1.0% )提高了 720% ; 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)中，所述預(yù)制切割模 塊控制切割機臺將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀，所述預(yù)制壓縮模塊 控制壓縮機臺在非標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下對所述非晶合金材料沿高度方向進行單軸壓縮。由 于在非標(biāo)準(zhǔn)條件下減小高徑比將使非晶合金材料能夠承受一定的變形量而不被損壞，因 此，所述非晶合金材料在非標(biāo)準(zhǔn)條件下沿高度方向的塑性變形量能夠達(dá)到5%至50%之 間，就會在所述非晶合金材料中引入豐富的剪切帶，提高所述非晶合金材料的塑性變形能 力。經(jīng)本方法處理后的非晶合金材料在標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下，無論其高度是垂直于施加單 軸壓縮的方向或者是平行于施加單軸壓縮的方向，都能具有較強的塑性變形能力。因為不 需要復(fù)雜的制作工藝，所以其實現(xiàn)比較簡單。 另外，通過所述預(yù)制壓縮模塊的控制沿所述高度方向?qū)λ龇蔷Ш辖鸩牧鲜┘硬?同程度的壓力，使處理的所述非晶合金材料造成不同的預(yù)變形量，可以控制處理后的所述非晶合金材料具有不同的塑性變形能力。 以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明 的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種提高非晶合金壓縮塑性的方法，其特征在于包括以下步驟將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀；將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5％至50％之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的提高非晶合金壓縮塑性的方法，其特征在于，所述將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀的步驟包括將非晶合金棒材切割成高度與直徑比大于0且小于1的形狀，或者將非晶合金板材切 割成厚度與寬度比大于0且小于1的形狀。
3. 如權(quán)利要求1或者2所述的提高非晶合金壓縮塑性的方法，其特征在于，所述將所述 非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至 50%之間的步驟包括將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿高度方向的塑性變形量 分別達(dá)到10%或者15%。
4. 一種提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)，其特征在于包括預(yù)制切割模塊，用于控制切割機臺將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀；預(yù)制壓縮模塊，用于控制壓縮機臺將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶 合金材料沿高度方向的塑性變形量達(dá)到5%至50%之間。
5. 如權(quán)利要求5所述的提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)制切割模 塊控制切割機臺將非晶合金棒材切割成高度與直徑比大于0且小于1的形狀，或者將非晶 合金板材切割成厚度與寬度比大于0且小于1的形狀。
6. 如權(quán)利要求5或者6所述的提高非晶合金壓縮塑性的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)制 壓縮模塊控制壓縮機臺將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料沿高度 方向的塑性變形量分別達(dá)到10%或者15%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高非晶合金壓縮塑性的方法及其系統(tǒng)，所述提高非晶合金壓縮塑性的方法包括以下步驟將非晶合金材料切割成高徑比大于0且小于1的形狀；將所述非晶合金材料沿高度方向壓縮，使所述非晶合金材料在沿高度方向上的塑性變形量達(dá)到5％至50％之間。本發(fā)明的提高非晶合金壓縮塑性的方法及其系統(tǒng)能夠提高所述非晶合金材料的塑性變形能力，使非晶合金材料在標(biāo)準(zhǔn)高徑比的條件下也能具有較大的壓縮塑性，不需要復(fù)雜的工藝，實現(xiàn)比較簡單。
文檔編號C21D7/00GK101717902SQ20091021395
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者姚可夫, 邱勝寶, 馬國欣 申請人:廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院