Zr基非晶合金的振動塑性成形機理及有限元分析.pdf

1、非晶合金在過冷液相區(qū)的超塑性，使其能通過熱壓印方式進(jìn)行低成本、高效率快速成型，制造出面向現(xiàn)代化工業(yè)應(yīng)用的微納結(jié)構(gòu)/器件。然而，微型化帶來的“尺寸效應(yīng)”是微成形領(lǐng)域不可避免的核心問題之一。隨著成形尺寸的微型化，非晶合金與模具型腔表面間的界面摩擦作用逐漸成為影響非晶合金的成形能力的主要因素。目前，通過升高成形溫度或延長成形時間等方法來提高非晶合金的成形能力，可能會帶來非晶晶化問題，這極大制約了非晶合金微納結(jié)構(gòu)/器件的批量制造及工業(yè)應(yīng)用。振動

2、塑形加工是一種提高傳統(tǒng)金屬材料及聚合物成形能力的重要方法，該方法可有效降低成形應(yīng)力，減弱界面摩擦作用。若將該方法用于非晶合金的微/納尺度成形，將可能有效提高非晶合金的微/納成形能力。然而，目前關(guān)于該方面的研究甚少，相關(guān)機理尚不清晰。
　　本研究采用振動加載方法，系統(tǒng)研究了加載頻率對非晶合金在過冷液相區(qū)成形能力的影響規(guī)律。通過理論分析，計算出不同加載頻率下，流動單元和自由體積隨溫度的變化關(guān)系。構(gòu)建含有自由體積參數(shù)的本構(gòu)方程，進(jìn)行有限

3、元數(shù)值分析，深入研究過冷液態(tài)非晶合金在振動加載條件下，自由體積隨加載頻率的變化規(guī)律。通過上述研究，有效揭示了振動加載提高非晶合金熱塑性成形能力的物理機制。
　　首先，基于自由體積理論，構(gòu)建含有自由體積參數(shù)的本構(gòu)方程，采用Deform商業(yè)軟件進(jìn)行有限元模擬，結(jié)合Tecplot商業(yè)軟件模擬計算出自由體積在熱塑性變形樣品中的分布，并通過對不同尺寸Zr基非晶合金進(jìn)行熱壓縮實驗，通過比較模擬和實驗獲得的應(yīng)力—應(yīng)變曲線對該本構(gòu)方程的有效性進(jìn)行

4、驗證。
　　其次，采用熱機械分析儀（DMA），對Zr基非晶合金進(jìn)行振動加載條件下的拉伸實驗，揭示振動加載頻率對非晶合金熱塑性變形形能力（以塑性應(yīng)變?yōu)樵u價標(biāo)準(zhǔn)）的影響規(guī)律。采用DMA懸臂梁實驗，獲得不同加載頻率下的儲能/損耗模量變化規(guī)律，理論計算出不同加載頻率下的流動單元和自由體積隨溫度的變化關(guān)系。采用含有自由體積的本構(gòu)方程，模擬獲得自由體積在不同加載頻率熱塑性成形樣品中的分布?；谏鲜鲅芯浚岢稣駝宇l率引起的軟化和材料流動的均勻性