[发明专利]一种合金的高性能加工方法

说明书

一种合金的高性能加工方法，涉及材料技术领域，该加工方法包括步骤：S1：采用机床对合金待加工区域进行机械加工；S2:在步骤S1机械加工同时，对被加工区域进行冷却和润滑；S3:在步骤S2对被加工区域进行冷却和润滑的同时，调节步骤S1机械加工的工艺参数，控制工件材料变形产生的热量以及刀具与工件的摩擦产热量，使被加工区域的温度处于合金的过冷液相态温度；该方法避免了现有加工技术因切削高温导致的材料晶化行为，获得高质量的非晶表面，也可以避免室温下加工非晶合金或者非晶合金与纳米晶合金的混合物时，因材料高强度、高硬度、塑性差等特性对加工刀具造成损伤，延长加工刀具使用寿命，降低材料加工成本。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种合金的高性能加工方法。

背景技术

块体非晶合金也称为“块体金属玻璃（Bulk metallic glass）”，是采用压铸或吸铸法等铸造方法，利用熔体过冷形成非晶态结构材料的合金。不同于一般晶态合金，块体非晶合金原子排列具有长程无序的结构特点，这一特征使其呈现出一系列优于晶态合金的优点，如高强度、高弹性极限、高断裂韧性、高硬度、过冷液相态超塑性、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性，在汽车、电子、航空、机械、军事、化工和生物医疗器械等多个领域有着广泛的应用前景。目前，铸造成形法是生产非晶合金零件的主要工艺，但由于受工艺特点限制，无法加工出高精度的零件。车削、铣削、钻削、刨削、磨削等机械加工是加工形状复杂、尺寸精度高和表面光洁度好的零件的主要方法，也是非晶合金零件成形技术的发展方向。块体非晶合金独特的原子排布，使其在热力学上处于亚稳态，具有极强的温度敏感性。块体非晶合金机械加工过程中，当加工温度超过其晶化温度Tx，合金已加工表面材料发生晶化，失去原有的优异力学性能与化学性能；而当加工温度低于其玻璃转化温度Tg时，非晶合金的高强度、高硬度等特点会造成严重的刀具磨损；缺少合适的加工方法已成为制约非晶合金零件产业化应用的重要障碍。

块体非晶合金室温塑性差，但过冷液相态（合金温度介于Tg与Tx之间）下的合金不仅表现出良好的塑性和可加工性，同时当变形温度下降至玻璃转化温度Tg以下时，合金组织可恢复为非晶态。目前已公开了一种利用摩擦生热方式使合金处于过冷液相态的加工方法；但非晶合金为亚稳态材料，加工过程中不当的升温和降温易引起材料的晶化行为，使材料丧失非晶优异性能，且利用外部摩擦生热方法增加了非晶合金产品的加工工序和生产成本，不利于应用于机械加工生产实践。

直接采用常规的加工技术，由于合金的高强度高硬度以及合金材料的低晶化温度，导致刀具损伤严重，同时加工表面材料晶化，无法满足工程需要，以下是几种采用常规的加工技术。

常规加工方法1：

将成分为 Zr_62.44Cu_32.73Al_2.9Ni_2.14的非晶合金制备成100mm×20mm×2mm的非晶板材。该非晶合金的玻璃转化温度为410 °C，晶化温度为493 °C，熔化温度为673 °C，硬度为493HV，抗压强度为1400 MPa。

(1)将非晶合金板材置于加工机床上，采用DMU 60T立式加工中心进行加工。选用直径6mm的4刃硬质合金涂层立铣刀对该非晶合金的待加工部位进行侧铣加工成面。设定加工参数为切削速度300 m/min、进给速度300 mm/min、轴向切深1.5 mm、径向切深0.1 mm。

(2)加工完成后对已加工表面取样进行XRD测定。已加工表面XRD谱图与图3相同，说明加工后的加工表面材料发生晶化。

(3)测试刀具寿命为8小时。

常规加工方法2：