Zr基非晶合金的振動(dòng)塑性成形機(jī)理及有限元分析.pdf

1、非晶合金在過冷液相區(qū)的超塑性，使其能通過熱壓印方式進(jìn)行低成本、高效率快速成型，制造出面向現(xiàn)代化工業(yè)應(yīng)用的微納結(jié)構(gòu)/器件。然而，微型化帶來的“尺寸效應(yīng)”是微成形領(lǐng)域不可避免的核心問題之一。隨著成形尺寸的微型化，非晶合金與模具型腔表面間的界面摩擦作用逐漸成為影響非晶合金的成形能力的主要因素。目前，通過升高成形溫度或延長成形時(shí)間等方法來提高非晶合金的成形能力，可能會(huì)帶來非晶晶化問題，這極大制約了非晶合金微納結(jié)構(gòu)/器件的批量制造及工業(yè)應(yīng)用。振動(dòng)

2、塑形加工是一種提高傳統(tǒng)金屬材料及聚合物成形能力的重要方法，該方法可有效降低成形應(yīng)力，減弱界面摩擦作用。若將該方法用于非晶合金的微/納尺度成形，將可能有效提高非晶合金的微/納成形能力。然而，目前關(guān)于該方面的研究甚少，相關(guān)機(jī)理尚不清晰。
　　本研究采用振動(dòng)加載方法，系統(tǒng)研究了加載頻率對(duì)非晶合金在過冷液相區(qū)成形能力的影響規(guī)律。通過理論分析，計(jì)算出不同加載頻率下，流動(dòng)單元和自由體積隨溫度的變化關(guān)系。構(gòu)建含有自由體積參數(shù)的本構(gòu)方程，進(jìn)行有限

3、元數(shù)值分析，深入研究過冷液態(tài)非晶合金在振動(dòng)加載條件下，自由體積隨加載頻率的變化規(guī)律。通過上述研究，有效揭示了振動(dòng)加載提高非晶合金熱塑性成形能力的物理機(jī)制。
　　首先，基于自由體積理論，構(gòu)建含有自由體積參數(shù)的本構(gòu)方程，采用Deform商業(yè)軟件進(jìn)行有限元模擬，結(jié)合Tecplot商業(yè)軟件模擬計(jì)算出自由體積在熱塑性變形樣品中的分布，并通過對(duì)不同尺寸Zr基非晶合金進(jìn)行熱壓縮實(shí)驗(yàn)，通過比較模擬和實(shí)驗(yàn)獲得的應(yīng)力—應(yīng)變曲線對(duì)該本構(gòu)方程的有效性進(jìn)行

4、驗(yàn)證。
　　其次，采用熱機(jī)械分析儀（DMA），對(duì)Zr基非晶合金進(jìn)行振動(dòng)加載條件下的拉伸實(shí)驗(yàn)，揭示振動(dòng)加載頻率對(duì)非晶合金熱塑性變形形能力（以塑性應(yīng)變?yōu)樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)）的影響規(guī)律。采用DMA懸臂梁實(shí)驗(yàn)，獲得不同加載頻率下的儲(chǔ)能/損耗模量變化規(guī)律，理論計(jì)算出不同加載頻率下的流動(dòng)單元和自由體積隨溫度的變化關(guān)系。采用含有自由體積的本構(gòu)方程，模擬獲得自由體積在不同加載頻率熱塑性成形樣品中的分布。基于上述研究，提出振動(dòng)頻率引起的軟化和材料流動(dòng)的均勻性