[发明专利]一种非晶薄壁结构件的连续冲压成型的装置和方法

说明书

本发明属于非晶合金加工领域，具体涉及一种非晶薄壁结构件的连续冲压成型的装置和方法。原料卷上的非晶板带材经过预热控温段、成型段、收料段，薄壁件随后进行精抛光处理后进行使用。其中，预热控温段主要功能为将非晶板带材预热(≤成型温度10℃控制)，并将非晶板带材精确补温控温确保材料处于可成型温度区间，成型段主要是经过预热的模具冲压成型，收料段主要是将成品料与余料快速冷却至室温段并收集相应材料。其中，整个过程处于无氧化环境。本发明中非晶薄壁件形成过程可精确实现、流程短且制备过程连续化，利用本发明的方法可高效、连续地利用非晶板带材制备薄壁件，促进结构晶合金的应用。

技术领域

本发明属于非晶合金加工领域，具体涉及一种非晶薄壁结构件的连续冲压成型的装置和方法。

背景技术

非晶合金，也称金属玻璃(Metallic Glass)或玻璃合金(Glassy Alloy)，是应用现代快速凝固冶金技术制备获得的一种新型的、特殊的、物质状态明显区别于晶态的合金材料。由于非晶合金独特的原子结构排列及金属键组成，使非晶合金具有相比于传统晶态金属材料更为优异的力学性能、物理性能及化学性能。这使非晶合金在航空航天、兵器工业、精密仪器、生物医疗和电力输送等方面具有广泛的应用前景。

早期非晶合金的制备需要很大的冷却速度(＞10⁶K/s)，当时非晶合金只能以粉、丝、薄带等形式存在，极大地削弱非晶合金性能潜力的发挥，限制非晶合金在工业中的应用。因此，自上世纪八十年代末开始，如何提高非晶合金的形成能力，制备大尺寸的非晶合金成为新材料研究领域中重点研究方向之一。从20世纪80年代至今的几十年里，经过大量学者的努力，已经开发出Zr基、Ti基、Fe基、Co基、Ni基、Cu基、Pt基等大量具有大的玻璃形成能力的合金体系；发展水淬法、铜模铸造法、定向凝固法、非晶粉末挤压法等多种块体非晶合金的制备技术。其中，使用单辊法生产的具有优良的软磁性能的非晶薄带在国内已经有大规模、广泛的应用，为我国电力系统的节能减排做出突出贡献。而且，块体非晶合金的制备与应用同样取得长足的发展，因其优异的力学性能，已被作为结构材料生产并应用于电子产品、体育器材、汽车零件等。目前，市场上应用的块体非晶合金产品最主要的生产方式是压铸法，由于其自身条件限制，只能生产小规格产品。作为结构材料中应用广泛的板带材，非晶板带的主要生产方法包括单辊熔体急冷法、双辊熔体急冷法和铸型拉铸法。目前，应用最广的、已用于工业化生产的是单辊熔体急冷法，简称单辊法。单辊法生产的铁基非晶板带材具有优良的软磁性能，能代替硅钢、坡莫合金以制作变压器铁芯，进而大大提高变压器效率，降低配电变压器的铁损，同时减小体积和重量。然而单辊法生产工艺限制非晶板带材的厚度(约20～50μm)和宽度(小于220mm)。双辊熔体急冷法简称双辊法。基于双辊法开发多种块体非晶合金的连铸方法。美国专利US2006/0260782A1公开一种块体非晶合金板材的连续住在装置和方法，专利中装置采用多组小直径冷却辊冷却合金带材，由于其排辊只能施加较小接触压力，其系统冷速只能达到小于10℃/s，制备的板材厚度为0.1～10mm，且仅限于形成能力强的含Be的Zr基非晶合金的成型，也会降低非晶寿命和稳定性。与之技术思想较为接近的是中国专利公开号CN 107755652 A，其利用履带式冷却，连续铸造非晶，其接触力较小，冷速有限，同样会降低非晶寿命和制备非晶的成分设计冗余度。中国专利公开号CN1486800A，公开一种块体非晶合金连续铸轧技术，将坩埚中熔化的金属熔体注入两个相对旋转的水冷轧辊中，采用双轧辊铸轧制备块体非晶板材、棒材等。铸型拉铸法，是一种熔炼后的母合金在坩埚中熔化、保温后经流嘴浇铸到水冷的孔型中，并通过以一定速度给成型的非晶合金以拉力，实现非晶合金连续铸造的方法。中国专利公开号CN101543885A，公开一种块体非晶合金水平连续铸造的装置和方法，合金的冷却主要依靠水冷铜模，凝固的铸坯由电动机驱动的牵引杆拉动不断输出。