非晶合金微塑性成形过程摩擦机理研究

论文摘要

本文采用电弧熔炼水冷铜模吸铸的方法制得Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金,利用X射线衍射仪（XRD）检测非晶合金材料的结构特性。拟合了流变力学扩展指数方程并作为材料的本构模型应用到有限元数值模拟中,利用Deform-2D有限元平台对Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金过冷液相区双杯挤压实验进行数值分析,获得了摩擦模拟实验的理论标定曲线。在Zwick/Roell力学性能实验机上完成了双杯挤压（double cup extrusion test）摩擦实验,通过三维视频显微系统测量了双杯样品的杯高尺寸,并与摩擦曲线进行对照,获得了Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金在过冷液相区微塑性成形过程中的摩擦因子值。双杯挤压摩擦实验的试样尺寸为Φ3×3mm,挤压比为0.36,采用的变形温度分别为415℃、430℃、445℃460℃,应变速率分别为5e-4/s、1e-3/s、5e-3/s、1e-2/s,在变形温度为430℃、应变速率为1e-3/s的条件下完成了不同挤压行程的双杯实验,实验结果表明:Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金在过冷液相区发生微塑性成形时,摩擦因子强烈依赖于变形温度和应变速率,同时随着挤压行程的变化而变化。具体表现为在变形温度区间为445℃460℃、应变速率区间为5e-3/s1e-2/s时,摩擦因子的值为0.230.28,而在温度区间为415℃430℃、应变速率区间为5e-3/s1e-2/s时,摩擦因子的值为0.60.66。随着挤压行程的不断增大,摩擦因子表现为四个变化阶段,从开始时的平稳阶段发展成上升通道,随后摩擦因子又快速减小,最后恢复到平稳阶段。利用基础摩擦学变形-犁削-粘着理论分析了摩擦因子随实验条件变化的原因,为大块非晶微成形工艺方案制定以及有限元数值模拟中摩擦条件设置提供了实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 非晶合金概况
• 1.2 大块非晶合金过冷液相区内塑性变形行为
• 1.3 微成形摩擦机理研究现状
• 1.4 本课题的研究目的、内容及意义
• 1.5 本章小结
• 2 摩擦测量原理
• 2.1 模拟实验概论
• 2.2 圆环压缩理论
• 2.3 双杯挤压理论
• 2.4 本章小结
• 55A1₁₀Ni₅Cu₃₀ 大块非晶合金试样制备、结构及特性'>3 Z1₅₅A1₁₀Ni₅Cu₃₀大块非晶合金试样制备、结构及特性
• 3.1 Zr基大块非晶合金的介绍
• 55A1₁₀Ni₅Cu₃₀ 大块非晶合金的制备'>3.2 Z1₅₅A1₁₀Ni₅Cu₃₀大块非晶合金的制备
• 3.3 材料结构特性表征
• 3.4 本章小结
• 4 有限元模拟及摩擦曲线的建立
• 55A1₁₀Ni₅Cu₃₀ 大块非晶合金过冷液相区本构方程的建立'>4.1 Z1₅₅A1₁₀Ni₅Cu₃₀大块非晶合金过冷液相区本构方程的建立
• 4.2 摩擦实验的有限元模拟
• 4.3 理论标定曲线的建立
• 4.4 本章小结
• 5 摩擦模拟实验
• 5.1 实验装置设计
• 5.2 实验及结果
• 5.3 本章小结
• 6 实验分析与讨论
• 6.1 摩擦学理论
• 6.2 数据分析
• 6.3 实验结论
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结与工作展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 全文创新点
• 7.3 工作展望
• 致谢
• 参考文献