本文關(guān)鍵詞：常溫下超聲波微擠壓成形對ZK60鎂合金流變行為的影響

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【摘要】：眾所周知,鎂合金性能優(yōu)越,是目前密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料;而且與其他生物醫(yī)用材料相比,鎂合金具有良好的生物相容性以及力學(xué)相容性,是作為心血管支架的理想材料。然而鎂合金為密排六方晶格結(jié)構(gòu),在常溫下獨(dú)立滑移系較少,導(dǎo)致塑性變形困難,探索新的鎂合金微成形工藝對于促進(jìn)其在醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用具有不可估量的意義。由于傳統(tǒng)微成形工藝遇到許多技術(shù)難題,本文提出一種新工藝,將超聲振動應(yīng)用于微體積成形。目前關(guān)于超聲振動輔助金屬塑性變形的理論并不成熟,對于超聲振動應(yīng)用于微成形領(lǐng)域的研究更是很少,為探討該工藝的可行性及超聲振動在金屬塑性變形中的作用機(jī)理,本文在常溫下對不同晶粒度的ZK60鎂合金進(jìn)行了一系列超聲波微擠壓成形實(shí)驗(yàn),并對其微成形制件的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進(jìn)行相關(guān)測試與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:施加超聲振動后,ZK60鎂合金在常溫下的塑性變形能力相比傳統(tǒng)微擠壓成形得到大幅度提高,且成形能力隨超聲波振幅的增大而增加;此外,通過觀察微成形制件的橫斷面微觀組織發(fā)現(xiàn),材料的非均勻性流動比宏觀擠壓的程度要大得多,表面晶粒明顯變多,表面層變厚,而且表層金屬的塑性變形程度比中心區(qū)域要大,晶粒尺寸也更細(xì)小;其次,微成形制件的晶粒尺寸得到很大程度的細(xì)化,與傳統(tǒng)微擠壓相比,晶粒的細(xì)化程度更大,并且隨著微成形制件擠出直徑的減小,晶粒細(xì)化越明顯,但隨著超聲振動的加強(qiáng),由于超聲振動產(chǎn)生的熱效應(yīng)使得晶粒尺寸出現(xiàn)一定的長大;再者,通過觀察微成形制件的縱截面微觀組織發(fā)現(xiàn),不論是變形區(qū)還是未變形區(qū),其晶粒尺寸都得到細(xì)化,但變形區(qū)的細(xì)化程度更大,而且通過分析不同區(qū)域的微觀組織,發(fā)現(xiàn)微成形制件晶粒細(xì)化機(jī)制主要來源于超聲振動而不是擠壓比的作用。從變形區(qū)的微觀組織可以看出,擠壓死區(qū)的塑性變形最大,晶粒尺寸最小。與傳統(tǒng)微擠壓相比,施加超聲振動能夠有效降低擠壓應(yīng)力、改善擠壓過程中的摩擦狀況,并且超聲波振幅越大,擠壓應(yīng)力下降越明顯、模具與試樣之間的摩擦系數(shù)越小,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)不論是傳統(tǒng)微擠壓還是超聲微擠壓,其擠壓應(yīng)力與晶粒度的關(guān)系都完全符合Hall-Petch公式,并且超聲振動使擠壓應(yīng)力尺寸效應(yīng)得到強(qiáng)化。最后,在微成形制件的力學(xué)測試中發(fā)現(xiàn),施加超聲振動能夠有效提高微成形制件的強(qiáng)度及延伸率,強(qiáng)度隨超聲波振幅的增加有下降的趨勢,延伸率變化不一,但相比傳統(tǒng)微擠壓成形制件,延伸率平均提高15%-25%,同時(shí)微成形制件的壓縮斷口也證明其強(qiáng)度比傳統(tǒng)微擠壓成形制件的強(qiáng)度要高。總之,將超聲振動應(yīng)用于ZK60鎂合金的微體積成形,對于提高其微成形制件的成形能力、機(jī)械性能有著重大的意義。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動 微擠壓 ZK60鎂合金 晶粒尺寸 擠壓應(yīng)力 摩擦因子
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG379
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 微成形簡介11-12
• 1.2 無超聲波振動的微塑性成形理論研究12-15
• 1.2.1 微成形尺度效應(yīng)及機(jī)理研究12-13
• 1.2.2 微成形摩擦尺度效應(yīng)13-14
• 1.2.3 微成形設(shè)備研究14-15
• 1.3 超聲波輔助宏觀塑性成形理論研究15-16
• 1.3.1 超聲振動對材料流變行為的作用機(jī)理15-16
• 1.3.2 超聲波振動成形本構(gòu)模型16
• 1.4 超聲波輔助微體積成形理論研究16-17
• 1.5 超聲振動輔助微體積成形的優(yōu)勢17
• 1.6 研究內(nèi)容17-19
• 第二章 ZK60 鎂合金超聲波微擠壓實(shí)驗(yàn)19-23
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備19-22
• 2.2.1 超聲波微擠壓實(shí)驗(yàn)19-20
• 2.2.2 微成形制件力學(xué)壓縮實(shí)驗(yàn)20-21
• 2.2.3 ZK60 鎂合金金相組織21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 超聲波微擠壓成形及晶粒細(xì)化23-35
• 3.1 超聲波微擠壓成形原理23-24
• 3.2 微成形制件的成形能力表征24-25
• 3.3 振幅對微成形制件成形能力的影響25-26
• 3.4 超聲波微擠壓對ZK60 鎂合金的晶粒細(xì)化26-34
• 3.4.1 材料的流動行為27-30
• 3.4.2 超聲波微擠壓過程中溫度的變化30-32
• 3.4.3 振幅對微成形制件晶粒大小的影響32-33
• 3.4.4 擠壓比對微成形制件晶粒大小的影響33-34
• 3.5 本章小結(jié)34-35
• 第四章 超聲波微擠壓過程中的狀態(tài)分析35-48
• 4.1 超聲波微擠壓過程中的力學(xué)分析35
• 4.2 超聲波微擠壓過程中擠壓應(yīng)力的變化35-42
• 4.2.1 擠出直徑對擠壓應(yīng)力的影響35-37
• 4.2.2 峰值應(yīng)力與擠壓比的關(guān)系37-38
• 4.2.3 超聲波振幅對擠壓應(yīng)力的影響38-40
• 4.2.4 擠壓應(yīng)力的尺寸效應(yīng)40-41
• 4.2.5 晶粒尺寸對擠壓應(yīng)力的影響41-42
• 4.3 超聲波微擠壓過程中摩擦因子的變化42-45
• 4.3.1 超聲波振幅對摩擦因子的影響42-43
• 4.3.2 擠壓比對摩擦因子的影響43-44
• 4.3.3 成形能力與摩擦因子的關(guān)系44-45
• 4.4 能流密度與成形能力的定量表征45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-48
• 第五章 微成形制件的力學(xué)性能48-54
• 5.1 振幅對微成形制件極限應(yīng)力的影響49-50
• 5.2 振幅對微成形制件屈服強(qiáng)度的影響50-51
• 5.3 振幅對微成形制件壓縮率的影響51-52
• 5.4 超聲振動對成形制件壓縮斷口的影響52
• 5.5 本章小結(jié)52-54
• 第六章 總結(jié)與展望54-56
• 6.1 全文總結(jié)54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 致謝60-61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：562522