[发明专利]拥有极高非晶形成能力的Ti-Zr-Cu-Ni(Fe)-Be合金及制备方法有效

专利信息
申请号: 201010206874.4 申请日: 2010-06-23
公开(公告)号: CN102296254A 公开(公告)日: 2011-12-28
发明(设计)人: 张海峰;唐明强;朱正旺;付华萌;王爱民;李宏;胡壮麒 申请(专利权)人: 中国科学院金属研究所
主分类号: C22C45/10 分类号: C22C45/10
代理公司: 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 代理人: 张志伟
地址: 110016 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 拥有 极高 晶形 能力 ti zr cu ni fe be 合金 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及Ti基非晶合金领域,具体为一种拥有极高非晶形成能力的Ti-Zr-Cu-Ni(Fe)-Be合金及制备方法。

背景技术

Ti基非晶具有优异的力学性能,成本相对低廉,是目前非晶领域研究的热点之一。在过去的几十年里,各国学者对Ti基非晶合金进行了大量的研究,获得了一系列Ti基非晶合金:Ti-Be-Zr,Ti-Si,Ti-Ni,Ti-Be,Ti-TM-Si,Ti-Ni-Cu等多种Ti系非晶条带。另外,还开发出了一系列具有较大玻璃形成能力的Ti基非晶合金,主要有:Ti-Ni-Cu-Sn,Ti-Zr-Ni-Cu-Be,Ti-Zr-Ni-Cu,Ti-Zr-Ni-Cu-Hf-Si-Sn,Ti-Ni-Cu-Si-B,Ti50Cu25Ni20Co5。在这些合金系中,不含Be的Ti基块状非晶的形成能力最大直径约为Φ6mm的棒材,而含有Be元素的Ti基非晶(Ti40Zr25Ni3Cu12Be20)形成能力最大直径为Φ14mm的棒材。这远远不能满足实际应用的需求。因此,开发具有自主知识产权的高非晶形成能力的Ti基合金具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拥有极高非晶形成能力的Ti-Zr-Cu-Ni(Fe)-Be合金及其制备方法,通过系统地分析Ti-Zr-Cu-Ni-Be合金凝固组织,发现了可用以开发高非晶形成能力非晶合金的初始合金,该初始合金具有一种典型凝固组织特征,即主要由非晶和初生晶态相两种组织组成,通过对其中非晶相成分进一步的成分优化,成功获得了几种具有极高玻璃形成能力的钛基非晶合金。利用水淬技术得到形成非晶的最大尺寸至少高于Φ50mm钛基非晶合金。

本发明的技术方案是:

一种拥有极高非晶形成能力的Ti-Zr-Cu-Ni(Fe)-Be合金,可以制备出大块Ti基非晶合金的成分范围如下(均为原子百分比):

遵循[TiaZrb(NixFe1-x)cBed]100-yCuy的比例模式,其中,a=31~40%;b=23~38%;c=0~9%(优选为0.1~8%);d=20~35%;x=0-1(优选为0.1~1);y=0~20(优选为0.5~18)。

本发明拥有较高非晶形成能力Ti-Zr-Cu-Ni(Fe)-Be合金的制备方法,原材料中的Ti和Zr采用工业纯度的海绵Ti和海绵Zr,其余元素的纯度高于99.8wt%,在氩气保护下通过电弧熔炼的方法制备母合金锭,合金锭反复熔炼至少四次。

本发明采用水淬浇铸,具体工艺参数如下:

真空度10-1~10-4Pa,温度800~1300℃。

本发明所获得Ti基非晶合金的热力学参数如下:

玻璃转变温度Tg:583-633K,过冷液相区宽度ΔT=40-120K,液相线温度T1=940-1200K。

本发明所获得Ti基非晶合金的力学性能如下:

压缩断裂强度为:1.8-1.85GPa,拉伸断裂强度为:1.7-1.9GPa。

本发明的原理如下:

本发明通过系统地分析Ti-Zr-Cu-Ni-Be合金凝固组织,发现了可用以开发高非晶形成能力非晶合金的初始合金,该初始合金具有一种典型凝固组织特征,凝固组织由自由树枝晶(初生β-Ti)和非晶相组成。在凝固过程中,随着初生β-Ti的析出长大,溶质原子在固/液界面前沿富集,并在剩余液相中进行再分配,当剩余液相的成分靠近能够形成非晶结构的合金成分时,剩余液相变得十分稳定,进而凝固为非晶结构。通过进一步优化该非晶相的成分,成功获得了几种具有极高玻璃形成能力的钛基非晶合金。利用水淬技术得到形成非晶的最大尺寸至少高于Φ50mm钛基非晶合金。

本发明的优点:

(1)本发明通过凝固组织分析,发现了一种独特的凝固组织,具有该组织的合金可以被用来进行进一步的成分优化,进而开发具有高非晶形成能力的合金。利用水淬技术得到形成非晶的最大尺寸至少高于Φ50mm(一般为Φ5~30mm)钛基非晶合金。

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