给料或组成部分的无定形合金辊轧成形的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及给料或组成部分的块体凝固型无定形金属合金辊轧成形。
【背景技术】
[0002] 辊轧成形是一种连续弯折操作，在该连续弯折操作中使长条金属片（通常是成卷 带钢）通过安装于连续支架上的几组辊，每组仅执行弯折的增量部分，直到获取期望的横 截面轮廓。辊轧成形对于制备具有大长度和大批量的恒定轮廓部件而言是理想的。
[0003] 金属片只是成型为薄而平的片材的金属。它是用于金属加工中的基本形式之一， 并且可以被切割和弯折成各种不同的形状。厚度可能显著地变化，但极薄的厚度被认为是 箔或树叶，并且厚过6mm(0.25英寸）的片材被认为是板。有很多不同的金属能够制成金属 片，这些金属诸如铝、黄铜、铜、钢、锡、镍和钛。常规的金属片和合金通过形成位错即塑性功 而变形。对于这些常规金属，通常可将金属片制造工艺归入两个类别一成形和切割。成形工 艺是所施加的力使得材料发生塑性变形但不失效的那些工艺。因此能够做的是可向合金中 引入塑性功，因为可将其形成为越来越薄的片材。因此对其进行冷加工。此类工艺能够将 片材弯折或伸展成期望的形状。切割工艺是所施加的力使得材料失效并分离的那些工艺， 该工艺允许切割或去除材料。
[0004]另一方面，对于块体凝固型无定形合金（也称为块体金属玻璃（BMG))而言，常规 晶态金属的片材成形工艺一般不适用，因为无定形合金不会通过形成位错而变形。它们通 过形成剪切带而失效，这通常是一种并非实际上期望的工艺。因此，期望一种用于辊轧成形 BMG给料的新方法。
【发明内容】
[0005] 根据本文的实施例的用于辊轧成形块体凝固型无定形片材的所提议的解决方案 是将它们加热至玻璃化转变以上，其中它们软化成无定形的，不过仍然有些流化固体，并通 过工艺诸如热塑成形或热成形或各种其他工艺来形成它们。在另一个实施例中，可在辊轧 成形装置的辊附近熔融该熔融的块体凝固型无定形合金成形材料并迅速冷却以形成BMG 片材。
【附图说明】
[0006] 图1提供了示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。
[0007] 图2提供了用于示例性块体凝固型无定形合金的时间-温度-转变（TTT)图的示 意图。
[0008] 图3提供了本文实施例中的制造BMG片材的辊轧成形系统的示意图。
[0009]图4提供了本文实施例中的制造层合的BMG片材的辊轧成形系统的示意图。
【具体实施方式】
[0010] 在本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请均据此全文以引用方式并入。 [0011] 本文所用的冠词"一个"（"a"和"an"）是指一个或多于一个（即，至少一个）的 冠词的语法对象。以举例的方式，"聚合物树脂"意指一种聚合物树脂或多于一种聚合物树 月旨。本文所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语"基本上"和 "约"用于描述和说明小的波动。例如，它们可指小于或等于±5%，诸如小于或等于±2%、 诸如小于或等于±1%、诸如小于或等于±0.5%、诸如小于或等于±0.2%、诸如小于或等 于±0. 1 %、诸如小于或等于±0. 05%。
[0012] 块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃（"BMG"）为最近开发的一类金属材料。 这些合金可以相对较慢的速率凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶（即， 玻璃态）状态。无定形合金具有许多比其晶态对应物优越的属性。然而，如果冷却速率不 够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果可能丧失。例 如，制造块体无定形合金部件的一个挑战在于由缓慢冷却或合金原材料中的杂质所导致的 部件的局部结晶。由于在BMG部件中期望较高程度的无定形度（并且相反地，较低程度的 结晶度），因此需要开发用于铸造具有受控量的无定形度的BMG部件的方法。
[0013] 图1(得自美国专利7,575,040)示出了来自通过1^9111(11116七3116(*11〇1(^7所制 造的Zr-Ti-Ni-Cu-Be族的VIT-001系列的示例性块体凝固型无定形合金的粘度-温 度曲线图。应当指出的是，在形成无定形固体期间，不存在块体凝固型无定形金属的明显液 体/固体转变。随着过冷却逐渐扩大，熔融的合金变得越来越粘，直至其在大约玻璃化转变 温度接近固体形式。因此，块体凝固型无定形合金的凝固前沿的温度可为大约玻璃化转变 温度，其中出于拔出经淬火的无定形片材产品的目的，合金将实际上充当固体。
[0014] 图2(得自美国专利7, 575, 040)示出了示例性块体凝固型无定形合金的时间-温 度-转变（TIT)冷却曲线图或TTT图。与常规金属一样，块体凝固型无定形金属在冷却时不 会经历液体/固体结晶转变。相反，随着温度降低（接近玻璃化转变温度Tg)，在高温（接 近"熔融温度"Tm)下发现的高度流体化的非晶态形式的金属变得更粘，最终呈现常规固体 的外在物理特性。
[0015] 尽管对于块体凝固型无定形金属并不存在液体/结晶转变，但可将"熔融温度"Tm 定义为对应的结晶相的热力学液相线温度。在该机构下，在熔融温度下的块体凝固型无定 形合金的粘度可处于约〇. 1泊至约10, 〇〇〇泊的范围内，并且甚至有时低于〇. 01泊。在"熔 融温度"下的较低粘度将利用块体凝固型无定形金属提供对壳体/模具的复杂精细部分的 更快且完全的填充以用于形成BMG部件。此外，熔融的金属形成BMG部件的冷却速率不得不 使得在冷却期间的时间-温度曲线不横向穿过界定图2的TTT图中的结晶区的鼻形区域。 在图2中，Tnose为其中结晶最为迅速且在最短时间尺度内出现的临界结晶温度Tx。
[0016] 过冷液相区（介于Tg与Tx之间的温度区）是阻止块体凝固型合金的结晶的卓越 稳定性的体现。在该温度区内，块体凝固型合金可作为高粘性液体而存在。块体凝固型合 金在过冷液相区中的粘度可在玻璃化转变温度下的l〇 12Pa ? s直至结晶温度（过冷液相区 的高温极限）下的l〇5Pa ? s之间变化。具有这种粘度的液体可在所施加的压力下经受基 本的塑性应变。本文的实施例使用过冷液相区中的较大塑性成形性作为成形和分离方法。
[0017] 需要对Tx进行一些阐释。在技术上，TTT图中所示的鼻形曲线将Tx描述为温度和 时间的函数。因此，不管在加热或冷却金属合金时采取的是何种轨迹，当碰到TTT曲线时， 就已达到Tx。在图2中，将Tx示出为虚线，因为Tx可从接近Tm变化至接近Tg。
[0018] 图2的示意性TTT图示出了在时间温度轨迹（示出为（1)，作为示例性轨迹）不碰 到TTT曲线的情况下，从处于或高于Tm至低于Tg的压铸的加工方法。在压铸期间，成形与 快速冷却基本上同时发生，以避免轨迹碰到TTT曲线。在时间温度轨迹（示出为（2)、（3) 和（4)，作为示例性轨迹）不碰到TTT曲线的情况下，从处于或低于Tg至低于Tm的超塑性 成形（SPF)的加工方法。在SPF中，将无定形BMG重新加热至过冷液相区中，在该过冷液相 区中可用的加工窗口可能比压铸时大得多，从而导致工艺的更好的可控性。SPF工艺不需要 快速冷却以避免在冷却期间结晶。另外，如示例性轨迹（2)、（3)和⑷所示，SPF可在SPF 期间的最高温度高于Tnose或低于Tnose、最高至约Tm的情况下进行。如果对一件无定形 合金进行加热但设法避免碰到TTT曲线，则已加热到"介于Tg与Tm之间"，但将不会达到 Tx〇
[0019] 在20C/min的加热速率下得到的块体凝固型无定形合金的典型差示扫描量热仪 (DSC)加热曲线主要描述了横跨TTT数据的特定轨迹，其中将可能看到在某个温度下的Tg、 当DSC加热斜坡横跨TTT结晶起点时的Tx，以及当同一条轨迹横跨用于熔融的温度范围时 的最终熔融峰。如果以如图2中的轨迹（2)、（3)和（4)的倾斜升温部分所示的快速加热速 率来加热块体凝固型无定形合金，则可能完全避开TTT曲线，并且DSC数据将示出加热时的 玻璃化转变但无Tx。考虑此过程的另一种方式为，只要轨迹（2)、（3)和（4)不碰到结晶曲 线，