非晶合金微反挤实验分析研究

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1、华中科技大学硕士学位论文非晶合金微反挤实验分析研究姓名：白彦申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：李建军;郑志镇20090528华中科技大学硕士学位论文总体来说，微挤压模具的研究是一个系统性研究，将在第三章中着重展开。（4）微挤压成形测量方法变化微挤压成形时所需工作环境、设备、相关测试仪器和测试方法发生了变化。非晶合金微成形时，模具，加工材料都需处于炉膛当中；加工过程中对成形设备的精度要求远远高于传统。由于坯料的重量较轻(典型的只几毫克)，坯料受表面力影响较大，但是实际生产中对坯料的传送速度和放置精度要求却很高，由此造成对坯料夹持和

2、定位的传统方法不再可用；与成形相关的数据如应变率、温度场等的测试方法和测试仪器在微小尺度下也变得十分特殊，传统的测试理论、方法和设备已经不再适用。1.3本课题的来源、目的、意义1.课题来源国家自然科学基金重点项目《宏微结合的特种塑性成形工艺》。本课题主要从事模具国家重点实验室该基金项目的子课题微挤压试验的研究。2.研究目的（必要性）传统的挤压成形方法是实现非晶态合金微零件大规模、经济性、净成形的最好方法。限于国内外针对非晶态合金的微挤压研究极少，本课题围绕非晶态合金微挤压成形展开的研究挤压工艺研究，将对非晶态合合金微零件的工业化生产，产生基

3、础性的作用。3.本课题需要完成的工作：（1）Zr基非晶态合金微挤压工艺的理论研究（2）微挤压成形系统地研究，包括设备选型和微挤压模具设计和制造；（3）微挤压试验结果的总结、分析、模拟；4.研究意义已有的研究结果表明，材料的微观结构（如晶粒的方向和尺寸），对微成形具有重要的影响，是导致“尺寸效应”最主要的因素。因此，本项目拟选用非晶合金作为微挤压成形的材料。非晶合金具有明显的玻璃转变和宽广的过冷液态区，在过冷液态区中，块体非晶合金具有粘滞流变的特征，在外力作用下表现为超塑性形变，很容易5华中科技大学硕士学位论文成形[32~37]。利用这个特点

4、，可以将块体非晶合金加热到过冷液态区，然后在模具中成形，以获得各种形状。由于非晶合金没有晶粒，具有各向同性，无缺陷的特点，所以在微成形时，由材料的晶粒尺寸和方向引起的“尺度效应”可以降低到最小。同时，由于没有晶粒，非晶合金成形的零件和模具表面间的形貌误差可达到纳米级，表面质量很高。另外，非晶合金还具有高弹性、高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀及摩擦系数低、弹性模量低的特点。因此，研究非晶合金的超塑性微挤压成形工艺技术，具有重要的理论意义和广泛的应用前景。6华中科技大学硕士学位论文2Zr基非晶的基本性能Zr55Al10Cu30Ni5是Zr基非晶合金

5、系列中玻璃成形能力、稳定性等综合性能较好的一种非晶材料。本文所述对非晶态合金的微挤压研究，均使用此材料。本章将从该材料的本材料个性及非晶态合金共性两个维度，简单介绍与挤压成形相关联的理化性能及力学性能。1.3试验用Zr基非晶态合金的理化性能非晶合金的微成形实验，从试样材料选用、试样加工到从微成形模具设计、制造，从实验方案制定到实验条件控制，从实验结果总结到分析模拟，每一个环节，都建立在熟悉非晶合金理化性能的基础之上。本节就非晶合金的相关理化性能做具体介绍。表2.1本论文选取的大块金属玻璃体系的热力学参数（20K/min）合金体系Tg(K)T

6、x(K)∆Tx(K)Tm(K)TrgRc(K/s)Zr55Al10Cu30Ni56857759010720.641.51.1.1非晶态合金的结构特性非晶态是一种亚稳定状态，一旦晶化，结果是不可逆的。非晶态有两个明显特点：（1）各向同性。理论上没有晶界、缺陷、偏析和析出物；（2）系列化。根据非晶态合金的制备远离，其化合价不受限，可以随意组合，由此也带来了诸如磁性能在内的优良特性。2.1.2非晶态合金的物理特性及应用1.密度变化特性–晶化检验BMG在晶化前后，会发生密度的变化。前后变化率为0.3％～0.54％。当前材料Zr55Cu30ALl0N

7、i5的密度变化如表2.2。非晶合金晶化前后的密度变化特性，是我们检验实验前后玻璃金属材料是否发生晶化的一个重要依据（表2.2列出当前实验材料的密度及变化）。7华中科技大学硕士学位论文表2.2Zr55Cu30All0Ni5的密度以晶化前后密度的变化合金成分ρ铸态（ＭＧ／Ｍ３）ρ晶体（ＭＧ／Ｍ３）∆ρ晶体／％Zr55Cu30All0Ni56.856.850.542.比热容–表征玻璃转变温度图2.2可以反映表征玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx。因此，可以通过此特性寻找和检验玻璃转变温度、最佳成形温度，并检查非晶合金是否发生晶化。图2.1非晶比热容

8、曲线示意图（仿Zr60AL10Co3Ni9Cu18）由图中可以看出，410～600K之间，非晶态合金的C缓降，经历一个最低值（约在600K），转而迅速上升，到达Tg峰值后，又有一