一种高强高韧锆基非晶合金礼帽形柔轮毛坯的成型方法与流程

本发明属于金属材料加工成型领域，涉及一种高强高韧锆基非晶合礼帽形柔轮毛坯的成型方法。

背景技术：

1、谐波减速器是一种先进的减速装置，由刚轮、柔轮和波发生器三个部件组成，与传统减速器比较，具有结构紧凑、体积小、重量轻、减速比大、传动效率高、传动精度高等优点，广泛应用于工业机器人、航空航天、国防军工、精密机床、医疗器械等领域。柔轮是谐波减速器的一个关键核心部件，对材料、加工设备和加工工艺的要求极为苛刻。目前，制备柔轮的材料选用高强度合金钢，如sncm439合金钢，其密度约7830kg/m3，屈服强度835mpa，断裂韧性约100mpa·m1/2，硬度393hv，弹性极限0.2％，采用高精密数控机床加工而成，不仅加工难度大，而且工艺流程长，加工成本高。更为严重的问题是，sncm439合金钢在礼帽形柔轮毛坯的锻造过程容易发生裂纹，降低产品的质量，提高制造成本，成为制造企业的痛点。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高强高韧锆基非晶合金礼帽形柔轮毛坯的成型方法，该成型方法选用的高强高韧锆基非晶合金比sncm439合金钢具有更优异的机械性能，拉伸屈服强度≥1600mpa，断裂韧性≥130mpa·m1/2，弹性极限≥2％；利用过冷液体的超塑性，实现非晶合金柔轮的近净成型，成型的柔轮尺寸和形状接近零件的最终尺寸，大大减小了加工流程，解决钢制柔轮的存在的工艺技术和质量问题。

2、为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

3、本发明目的在于提供一种高强高韧锆基非晶合礼帽形柔轮毛坯的成型方法，该成型方法包括：

4、将锆基非晶合金加热至过冷液体区间，得到锆基非晶合金的过冷液体；

5、对过冷液体进行超塑性成型，得到礼帽形柔轮毛坯；

6、将礼帽形柔轮毛坯进行快速冷却至锆基非晶合金的玻璃转变温度以下；

7、将冷却至玻璃转变温度以下的毛坯脱模，然后自然冷却至室温得到礼帽形柔轮。

8、作为本发明优选的技术方案，锆基非晶合金的组成为zrxcua nibalctidrey，re为稀土元素；

9、其中，a，b，c，d和y均为原子百分比，a，b，c，d，x和y的取值范围分别是：0≤a≤0.3，0≤b≤0.3，0≤c≤0.15，0≤d≤0.05，0<y≤0.05；x＝1-a-b-c-d-y。

10、a的取值可以是0、0.1、0.2或0.3等，b的取值可以是0、0.1、0.2或0.3等，c的取值可以是0、0.05、0.10或0.15等，d的取值可以是0、0.01、0.02、0.03、0.04或0.05等，y的取值可以是0.01、0.02、0.03、0.04或0.05等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

11、作为本发明优选的技术方案，稀土元素包括ce、la、y、dy、gd或er中的任意一种或其中两种或两种以上的组合。

12、作为本发明优选的技术方案，锆基非晶合金的力学性能为：屈服强度≥1600mpa，断裂韧性≥130mpa·m1/2，弹性极限≥2％。

13、作为本发明优选的技术方案，快速加热前对锆基非晶合金进行结构表征。

14、作为本发明优选的技术方案，快速加热前对锆基非晶合金棒材的玻璃转变温度tg，晶化温度tx，熔点tm进行测试。

15、作为本发明优选的技术方案，过冷液体的温度区间为tg<t<tm，tg为锆基非晶合金的玻璃转变温度，tm为锆基非晶合金的熔点。

16、作为本发明优选的技术方案，超塑性成型的方法包括将所述过冷液体在外力的作用下产生触变流动，并在压力作用下完成超塑性成型。

17、作为本发明优选的技术方案，快速冷却的方法包括强制对流冷却。

18、作为本发明优选的技术方案，该高强高韧锆基非晶合礼帽形柔轮毛坯的成型方法包括：

19、对锆基非晶合金棒材的玻璃转变温度tg，晶化温度tx，熔点tm进行测试；

20、将锆基非晶合金快速加热至过冷液体区间，过冷液体的温度区间为tg<t<tm，得到锆基非晶合金的过冷液体；

21、锆基非晶合金的组成为zrxcua nibalctidrey，re为稀土元素；其中，a，b，c，d，x和y均为原子百分比，a，b，c，d，x和y的取值范围分别是：0≤a≤0.3，0≤b≤0.3，0≤c≤0.15，0≤d≤0.05，0<y≤0.05；x＝1-a-b-c-d-y；

22、将过冷液体在外力的作用下产生触变流动，并在压力作用下完成超塑性成型，得到礼帽形柔轮毛坯；

23、对礼帽形柔轮毛坯进行强制对流冷却至所述锆基非晶合金的玻璃转变温度以下出模，冷却至室温得到礼帽形柔轮。

24、与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

25、本发明提供一种制备礼帽形柔轮的高强高韧锆基非晶合金，该成型方法选用的锆基非晶合金具有优异的机械性能，屈服强度≥1600mpa，断裂韧性≥130mpa·m1/2，弹性极限≥2％；同时，利用过冷液体的超塑性，实现非晶合金柔轮的近净成型，成型的柔轮尺寸和形状接近零件的最终尺寸，大大减小了加工流程，进而解决钢制柔轮的存在的工艺技术和质量问题。

1.一种高强高韧锆基非晶合金礼帽形柔轮毛坯的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括：

2.根据权利要求1所述的锆基非晶合金，其特征在于，所述锆基非晶合金的组成为zrxcua nibalctidrey，re为稀土元素；

3.根据权利要求2所述的锆基非晶合金，其特征在于，所述稀土元素包括ce、la、y、dy、gd或er中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求2所述的锆基非晶合金，其特征在于，所述锆基非晶合金的力学性能为：屈服强度≥1600mpa，断裂韧性≥130mpa·m1/2，弹性极限≥2％。

5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述快速加热前，对所述锆基非晶合金进行结构表征。

6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述快速加热前，对所述锆基非晶合金棒材的玻璃转变温度tg，晶化温度tx，熔点tm进行测试。

7.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述过冷液体的温度区间为tg<t<tm，所述tg为所述锆基非晶合金的玻璃转变温度，tm为所述锆基非晶合金的熔点。

8.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述超塑性成型的方法包括将所述过冷液体在外力的作用下产生触变流动，并在压力作用下完成超塑性成型。

9.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述快速冷却的方法包括强制对流冷却。

10.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括：