锆基非晶合金在高频振动载荷下的微塑性成形机理研究

发布时间：2020-04-12 10:55

【摘要】：非晶合金与相同或相似成分的晶态合金相比,具有优异的力学性能和电磁性能。在过冷液态区内却表现出粘性流体特征,具备较好的微成形能力。由于不存在位错、孪晶等微观结构缺陷,大多数非晶合金室温下的宏观塑性变形十分有限。目前,主要是采取优化变形温度、时间这两个实验参数,来研究提高非晶合金成形能力方法。由于温度和成形时间是两个相互限制的因素,较高温度使得其晶化孕育时间周期变小,带来非晶合金晶化的风险。然而,振动场能降低非牛顿流体的粘度,从而提高其变形和流动充模能力;非晶合金在适当的温度和剪切速率下,呈现出非牛顿流体特性。因此,本文以Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5块体非晶合金为研究对象,设计了一个高频振动场下复合挤压微成形的研究方案,并发现了高频振动场下非晶合金成形方式及机理。课题首先用铜模吸铸技术制备了Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5块体非晶合金坯料,采用XRD对其结构成分检测,确定样品为非晶状态,并利用DSC曲线确定实验成形温度为447~oC。采取能够自己定位系统和模具整体放置的方式,设计制造了复合挤压实验测试模具。选用Deform-2D软件,对块体非晶合金Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5在过冷液态区内复合挤压微成形过程进行了有限元仿真分析。对其微成形过程速度、应力分布场进行分析,并分析了不同模具尺寸对其微成形的影响。发现在复合挤压微成形过程中,坯料的应力以及流变速率极不均匀,材料变形抗力随冲头尺寸增加而增大。利用超声振动装置,设定上压杆挤压速率为0.02mm/s,选择不同频率(18kHz~21kHz)和振动功率(50%~95%),在Zwick材料试验机上利用交叉实验方案完成实验,实验操作时间小于7min。根据成形载荷时间曲线,发现高频振动可以提高非晶的流变成形能力,且在频率为21kHz时,作用效果明显。分析了在振动场的影响下非晶过冷液的成形力的变化以及高频振动载荷作用机理,发现成形载荷的减小是在坯料与压板平台之间循环性接触的作用下产生的。并通过不同冲头尺寸(1.2mm、1.5mm、1.8mm)成形载荷对比分析,发现较大尺寸冲头零件成形困难,容易损坏模具。结合模拟分析成形历程应力变化,发现随着应变速率的增加,Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5非晶过冷液的流动特性逐渐由牛顿流向非牛顿流体转变。采用SEM观察实验后成形样品的外观尺寸以及微观结构,确定其非晶结构,并利用硬度测试其力学变化,发现高频振动引起了非晶合金性能的改变,导致变形零件硬度得到了提高的效果。本论文将高频振动载荷的引入应用于高温微成形,并将振动能够降低黏度理论借鉴到非晶合金微成形中,提出可以有利于非晶合金微成形能力的新方法。
【图文】：

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图 1.1 非晶合金优异的力学性能ow outstanding mechanical properties in comparison with convention 看出，大块非晶合金具有高屈服强度、高耐磨性以及高些 Zr 基等非晶合金的抗拉强度大小就已经达到 1600M强度值已有 630MPa 的 Mg 基非晶态合金材料，其力学非晶合金材料在高档体育用品得到多方面的应用如高尔方面，，利用非晶合金的高弹性、高硬度特点来制造穿甲即为块体非晶合金材质的产品。

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图 1.1 非晶合金优异的力学性能MGs show outstanding mechanical properties in comparison with conventional crystalline al从图 1.1 看出，大块非晶合金具有高屈服强度、高耐磨性以及高疲劳抗力等性能。一些 Zr 基等非晶合金的抗拉强度大小就已经达到 1600MPa 以上，并境下抗拉强度值已有 630MPa 的 Mg 基非晶态合金材料，其力学性能强于一3]。块体非晶合金材料在高档体育用品得到多方面的应用如高尔夫球头、棒用设备方面，利用非晶合金的高弹性、高硬度特点来制造穿甲弹，对环境。图 1.2 即为块体非晶合金材质的产品。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.8

【参考文献】