低频振动场下的Zr基非晶合金微成形能力研究

发布时间：2017-08-31 06:04

  本文关键词：低频振动场下的Zr基非晶合金微成形能力研究

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【摘要】：块体非晶合金具有高强度、高弹性等优良的材料性能,因此具有很大的应用潜力。块体非晶合金在加热到过冷液态区时能够进行超塑性成形,目前大多数的研究都是通过优化成形温度和成形时间这两个工艺参数来提高非晶合金的超塑性成形能力。然而温度和成形时间是两个相互制约的因素,较高的温度会导致孕育时间缩短,增大非晶合金晶化的风险,大大降低材料的综合性能。本研究将振动场引入到微成形中,以Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金为研究对象,设计了一个振动侧向挤压流动的研究方案,对其在过冷液态区的微成形能力进行了研究。本研究利用铜模吸铸法制备获得Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金,并通过DSC差示扫描量热确定了其过冷液态区的温度范围为420~490℃。采用自定位系统和模具整体取放的设计原则,设计制造了采用H13热作模具钢的侧向挤压流动微模具。采用DEFORM-3D有限元分析软件,对振动场作用下Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金的流动变形能力进行数值模拟分析,并确定平均力、成形时间等相关振动参数。然后在450℃下选取不同载荷振幅(38~760N)和频率(0.1~2.0Hz)在Zwick材料试验机上进行成形实验,成形时间为5min,实验后测量了非晶合金在横向槽内的流动长度,通过流动长度来衡量块体非晶合金微成形能力。实验结果表明,引入振动场能有效提高非晶合金的微成形能力,并且随着频率的增大,流动长度明显增大;而随着振幅的增大,流动长度先增大后趋向平稳,这与有限元分析结果较一致。根据实验结果及流变学理论,分析了振动参数对过冷液态区的Zr55块体非晶合金流动黏度的影响规律,在相同振幅下,非晶合金的流动黏度随着频率的增大而降低,且低频率阶段黏度降幅比高频率时的降幅更大;在相同频率下时,黏度随振幅降低幅度达到29.7%,但仍不如频率明显。最后从材料损耗模量、自由体积理论和表面效应三个方面对实验结果进行了研究和解释,表明振动成形是一种提高非晶合金微成形能力的有效方法。交变应力使黏弹性材料产生黏滞损耗模量,随着频率的增加,弹性存储模量增加,损耗模量减小,非晶合金的动态黏度下降;振动作为一种能量增加过冷液态区非晶合金的自由体积,导致流变速率增加,微成形能力提高;另外,“表面效应”降低了振动成形过程中模具与工件之间的摩擦作用,提高了微成形效果。
【关键词】：块体非晶合金 微成形能力 振动成形 有限元分析
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG139.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 块体非晶合金研究概况10-14
• 1.2 振动场下非晶合金微成形理论基础14-19
• 1.3 课题研究意义及内容19-20
• 1.4 本章小结20-21
• 2 低频振动场下Zr55块体非晶合金微挤压成形模拟21-34
• 2.1 振动微成形研究方法21-23
• 2.2 振动微成形有限元模型建立23-29
• 2.3 有限元模拟结果与分析29-32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 低频振动场下块体非晶合金微成形实验34-45
• 3.1 振动挤压成形实验准备34-37
• 3.2 振动挤压成形实验过程37-38
• 3.3 实验结果38-41
• 3.4 实验与模拟结果对比41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 4 实验结果分析与讨论45-51
• 4.1 振动参数对Zr55块体非晶合金流动黏度的影响45-47
• 4.2 振动降低Zr55块体非晶合金流动黏度的机理讨论47-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 结论与展望51-53
• 5.1 本文主要结论51-52
• 5.2 本文的创新点52
• 5.3 展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-59
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表论文59

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3 本报记者 倪e，

本文编号：763858