低頻振動(dòng)場(chǎng)下的Zr基非晶合金微成形能力研究.pdf

1、塊體非晶合金具有高強(qiáng)度、高彈性等優(yōu)良的材料性能，因此具有很大的應(yīng)用潛力。塊體非晶合金在加熱到過冷液態(tài)區(qū)時(shí)能夠進(jìn)行超塑性成形，目前大多數(shù)的研究都是通過優(yōu)化成形溫度和成形時(shí)間這兩個(gè)工藝參數(shù)來提高非晶合金的超塑性成形能力。然而溫度和成形時(shí)間是兩個(gè)相互制約的因素，較高的溫度會(huì)導(dǎo)致孕育時(shí)間縮短，增大非晶合金晶化的風(fēng)險(xiǎn)，大大降低材料的綜合性能。本研究將振動(dòng)場(chǎng)引入到微成形中，以Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一個(gè)振動(dòng)側(cè)向擠

2、壓流動(dòng)的研究方案，對(duì)其在過冷液態(tài)區(qū)的微成形能力進(jìn)行了研究。
　　本研究利用銅模吸鑄法制備獲得Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金，并通過DSC差示掃描量熱確定了其過冷液態(tài)區(qū)的溫度范圍為420~490℃。采用自定位系統(tǒng)和模具整體取放的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)制造了采用H13熱作模具鋼的側(cè)向擠壓流動(dòng)微模具。
　　采用DEFORM-3D有限元分析軟件，對(duì)振動(dòng)場(chǎng)作用下Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金的流動(dòng)變形能力進(jìn)行數(shù)值模擬分析，

3、并確定平均力、成形時(shí)間等相關(guān)振動(dòng)參數(shù)。然后在450℃下選取不同載荷振幅（38~760N）和頻率（0.1~2.0Hz）在Zwick材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行成形實(shí)驗(yàn)，成形時(shí)間為5min，實(shí)驗(yàn)后測(cè)量了非晶合金在橫向槽內(nèi)的流動(dòng)長(zhǎng)度，通過流動(dòng)長(zhǎng)度來衡量塊體非晶合金微成形能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，引入振動(dòng)場(chǎng)能有效提高非晶合金的微成形能力，并且隨著頻率的增大，流動(dòng)長(zhǎng)度明顯增大；而隨著振幅的增大，流動(dòng)長(zhǎng)度先增大后趨向平穩(wěn)，這與有限元分析結(jié)果較一致。
　　根據(jù)實(shí)

4、驗(yàn)結(jié)果及流變學(xué)理論，分析了振動(dòng)參數(shù)對(duì)過冷液態(tài)區(qū)的Zr55塊體非晶合金流動(dòng)黏度的影響規(guī)律，在相同振幅下，非晶合金的流動(dòng)黏度隨著頻率的增大而降低，且低頻率階段黏度降幅比高頻率時(shí)的降幅更大；在相同頻率下時(shí)，黏度隨振幅降低幅度達(dá)到29.7％，但仍不如頻率明顯。
　　最后從材料損耗模量、自由體積理論和表面效應(yīng)三個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了研究和解釋，表明振動(dòng)成形是一種提高非晶合金微成形能力的有效方法。交變應(yīng)力使黏彈性材料產(chǎn)生黏滯損耗模量，隨著頻率