超聲振動輔助非晶合金流變成形方法及機理研究.pdf

1、非晶合金是微成形的理想材料，過冷液相區(qū)內(nèi)的超塑性流變是實現(xiàn)非晶合金成形的主要手段。為了提高非晶合金的超塑性流變成形能力，主要是通過優(yōu)化變形溫度和變形時間這兩個工藝參數(shù)。然而，這兩個因素之間是相互制約的，較高的成形溫度可以提高非晶的流變成形能力，卻使得其晶化孕育時間縮短而增大晶化的風險，因此，需要找到新的方法來提高非晶合金的流變成形能力。超聲振動輔助金屬塑性成形可以降低變形抗力，提高表面質(zhì)量，超聲振動輔助聚合物流變成形則可以降低熔體的表觀

2、粘度，提高充型能力，因此，本文提出將超聲振動引入到非晶過冷液流變成形中，以Zr55Cu30Al10Ni5塊體非晶合金為研究對象，研究了超聲振動輔助非晶合金流變成形方法及機理。
　　本文首先設(shè)計了超聲輔助熱塑性成形實驗方案，利用解析法和有限元模擬相結(jié)合的方法研制出超聲振動裝置。主要工作包括：分析了裝置需求，選擇了合適的超聲波發(fā)生器，設(shè)計出夾心式壓電陶瓷換能器，計算出了壓電陶瓷片、前后蓋板的材料、數(shù)量和尺寸，設(shè)計出了超聲變幅桿，用AN

3、SYS分析了變幅桿的模態(tài)，計算出了變幅桿的放大系數(shù)，設(shè)計出了支座用于連接振動裝置和試驗機，測試了振動裝置的實際輸出頻率和振幅。
　　用銅模吸鑄技術(shù)制備了Zr55塊體非晶合金坯料，DSC顯示其過冷液相區(qū)溫度范圍為412~492℃。利用設(shè)計的超聲振動裝置，在溫度為452℃壓縮速率為10μm/s時，完成了不同頻率（19kHz、20kHz）和振動功率（45％~90%）下的壓縮變形實驗，用相同極限載荷下最大變形量來表征非晶的流變成形能力，結(jié)

4、果顯示超聲振動可以提高非晶的流變成形能力，變形后直徑隨振動功率的提高而增大，振動功率為1800W時，變形后直徑增大了11%，隨頻率變化則不明顯。分析了振動場作用下非晶過冷液的流變力學(xué)，其流動應(yīng)力隨振動功率的提高而降低，最大可降低30%，計算了過冷液的表觀粘度，發(fā)現(xiàn)粘度也隨振動功率的提高而降低，擬合出粘度隨功率變化的經(jīng)驗方程，由于頻率改變范圍太小，流動應(yīng)力和粘度受頻率影響不明顯。發(fā)現(xiàn)了振動導(dǎo)致試樣的表面發(fā)生破壞，由此提出振動降低載荷的機理

5、在于坯料與壓盤產(chǎn)了周期性的界面分離。
　　用XRD衍射技術(shù)確認了變形后試樣的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，利用維氏硬度計和納米壓痕儀分析了非晶合金變形后力學(xué)性能的變化，發(fā)現(xiàn)與鑄態(tài)相比變形后試樣的硬度和彈性模量增大，而振動變形試樣的硬度和彈性模量則介于常載荷和鑄態(tài)之間，說明超聲振動導(dǎo)致變形試樣發(fā)生軟化。根據(jù)硬度與自由體積之間的關(guān)系，認為造成振動變形后試樣軟化的原因是高應(yīng)變速率的壓縮引入了過多的自由體積，說明振動引起了非晶合金結(jié)構(gòu)和性能的改變。最后，嘗