锆基非晶合金在高频振动载荷下的微塑性成形机理研究

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1、分类号TB383学校代码10495ＵＤＣ620密级公开硕士学位论文锆基非晶合金在高频振动载荷下的微塑性成形机理研究作者姓名：陈超学号：1515213008指导教师：吴晓教授学科门类：工学专业：机械工程研究方向：材料加工与性能检测完成日期：二零一八年三月WuhanTextileUniversityM.E.DissertationAStudyontheMicro-plasticFormingMechanismofZr-basedAmorphousAlloysunderHighFrequencyVibra

2、tionLoadCandidate：ChenChaoSupervisor：Pro.WuXiaoTime:March2018独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解武汉纺织大学有关保留、使用学位论

3、文的规定。特授权武汉纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日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。

4、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Zr55Cu30Al10Ni5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Zr55Cu3

5、0Al10Ni5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447oC。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Zr55Cu30Al10Ni5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

6、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

7、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，Zr55Cu30Al10Ni5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。关键词：块体非晶合金；

8、过冷液态区；微成形；高频振动；复合挤压AbstractTheamorphousalloyhasexcellentmechanicalpropertiesandelectromagneticproperties,comparingwiththesameorsimilarcrystallinealloys.Inthesupercooledliquidregion,itshowsaviscousfluidfeature,whichhasagoodmicro-forminga