本文關(guān)鍵詞：低頻振動(dòng)場下的Zr基非晶合金微成形能力研究

  更多相關(guān)文章： 塊體非晶合金 微成形能力 振動(dòng)成形 有限元分析

【摘要】：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,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)后測量了非晶合金在橫向槽內(nèi)的流動(dòng)長度,通過流動(dòng)長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)長度明顯增大;而隨著振幅的增大,流動(dòng)長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)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,隨著頻率的增加,彈性存儲(chǔ)模量增加,損耗模量減小,非晶合金的動(dòng)態(tài)黏度下降;振動(dòng)作為一種能量增加過冷液態(tài)區(qū)非晶合金的自由體積,導(dǎo)致流變速率增加,微成形能力提高;另外,“表面效應(yīng)”降低了振動(dòng)成形過程中模具與工件之間的摩擦作用,提高了微成形效果。
【關(guān)鍵詞】：塊體非晶合金 微成形能力 振動(dòng)成形 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 塊體非晶合金研究概況10-14
• 1.2 振動(dòng)場下非晶合金微成形理論基礎(chǔ)14-19
• 1.3 課題研究意義及內(nèi)容19-20
• 1.4 本章小結(jié)20-21
• 2 低頻振動(dòng)場下Zr55塊體非晶合金微擠壓成形模擬21-34
• 2.1 振動(dòng)微成形研究方法21-23
• 2.2 振動(dòng)微成形有限元模型建立23-29
• 2.3 有限元模擬結(jié)果與分析29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 3 低頻振動(dòng)場下塊體非晶合金微成形實(shí)驗(yàn)34-45
• 3.1 振動(dòng)擠壓成形實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備34-37
• 3.2 振動(dòng)擠壓成形實(shí)驗(yàn)過程37-38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果38-41
• 3.4 實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論45-51
• 4.1 振動(dòng)參數(shù)對(duì)Zr55塊體非晶合金流動(dòng)黏度的影響45-47
• 4.2 振動(dòng)降低Zr55塊體非晶合金流動(dòng)黏度的機(jī)理討論47-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 5 結(jié)論與展望51-53
• 5.1 本文主要結(jié)論51-52
• 5.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)52
• 5.3 展望52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 附錄Ⅰ 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文59

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本文編號(hào)：763858