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非晶合金微正挤压实验与有限元模拟

王懿  
【摘要】:本文选择Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5块体非晶合金为研究对象,利用自制微正挤压模具,在Zwick/Roell Z20电子材料试验机上研究了非晶合金在过冷液态区微正挤压变形行为,并基于Deform-3D有限元软件对微正挤压过程进行了数值模拟。 采用铜模吸铸方法制备得到Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5非晶合金,并利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)的手段对非晶样品的结构和热性能参数进行了分析,确定其过冷液态区温度范围为411℃~497℃。 选用H13热作模具钢作为模具材料,采用凸凹模自导向机构、可分凹模结构和模具整体取放的设计理念,自行设计、制造微正挤压模具,克服了传统挤压模具系统不适用于微成形的缺点,提高了挤压成形效率。 基于相似性原理,在成形温度450℃和460℃,成形应变速率0.001~0.01s-1的条件下,采用不同尺寸(Φ2×H3、Φ1×H1.5、Φ0.5×H0.75mm)非晶合金圆柱形棒料在不同长度(1mm、6.5mm)凹模中完成微正挤压实验。实验结果表明:随着非晶合金坯料尺寸减小,单位挤压力增大,当直径减小到Φ0.5mm时,挤压成形力表现出不同的变化趋势;成形温度450℃时,非晶合金在短凹模中的单位挤压力大于在长凹模中的单位挤压力,而成形温度为460℃时,结论相反;非晶合金坯料挤出后均有不同程度胀大,挤出胀大比为10%~36%,且随着非晶合金尺寸减小或挤压应变速率的增大,坯料挤出胀大比增大,坯料在短凹模的挤出胀大比大于在长凹模的挤出胀大比。 基于Deform-3D有限元软件,对非晶合金在过冷液态区微正挤压过程进行数值模拟,结果表明:采用目前的非晶合金材料模型,能够较好的模拟低应变速率时非晶合金在过冷液态区微正挤压成形行为,并且对于坯料挤出凹模孔时凸模单位挤压力增大的现象,模拟结果也能够较准确的反映出来。


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