基于硅模具的Zr基非晶合金超塑性微成形工藝研究.pdf

1、本論文研究了以Zr基非晶合金為成形材料,采用微型硅模具進(jìn)行超塑性成形的工藝。首先研究了非晶合金的晶化特性和過冷液相區(qū)的超塑性,以此確定了主要的工藝參數(shù)—溫度和應(yīng)變速率的范圍。然后在合適的工藝參數(shù)下進(jìn)行成形實(shí)驗(yàn),獲得了微型齒輪零件。最后測(cè)量評(píng)估了微零件的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及尺寸精度。高精度的微零件驗(yàn)證了工藝的可行性,同時(shí)分析評(píng)價(jià)工藝,對(duì)今后制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)探尋了方向和奠定了基礎(chǔ)。具體研究方法及成果如下:
　　1、為得到合適的超塑性微

2、成形工藝參數(shù)—溫度及應(yīng)變速率,實(shí)驗(yàn)研究了Zr65非晶合金相關(guān)特性。用差式掃描量熱儀 DSC測(cè)定不同升溫速率的玻璃化起始溫度Tgonset,玻璃化結(jié)束溫度 Tgend以及晶化溫度 Tx,隨之確定了可加工溫度區(qū)間Tprocess=Tx-Tgend;用DSC測(cè)定多溫度多升溫速率的晶化孕育時(shí)間,繪制了150℃/min的溫度-時(shí)間-轉(zhuǎn)變曲線,以此確定超塑性微成形的工藝時(shí)間約束條件。然后利用萬能材料試驗(yàn)機(jī),在可加工溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行不同應(yīng)變速率的壓縮試

3、驗(yàn),獲得材料在各溫度不同應(yīng)變速率的應(yīng)力應(yīng)變曲線,計(jì)算出應(yīng)變速率敏感指數(shù) m值分布和屈服應(yīng)力值分布,依兩個(gè)分布確定超塑性微成形工藝的可選應(yīng)變速率區(qū)間。
　　2、進(jìn)行非晶合金的超塑性微成形實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)并用感應(yīng)耦合等離子體工藝制備微型硅模具。利用萬能材料試驗(yàn)機(jī),在410℃和0.001s-1條件下制備了模數(shù)0.05齒數(shù)36的帶Φ0.8mm軸孔的外齒輪。自主研制了成形試驗(yàn)機(jī),解決了成形過程中的溫度控制和夾具設(shè)計(jì)等問題。用該試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了Zr41

4、.2的微成形特性,即恒定應(yīng)變速率不同溫度的載荷應(yīng)變關(guān)系。制備了輪廓清晰的模數(shù)0.03,齒數(shù)66且?guī)膫€(gè)限位凸臺(tái)的內(nèi)齒輪。
　　3、分析與評(píng)價(jià)了非晶合金超塑性微成形工藝。探析了工藝中的模具破碎原因,模具破碎從工藝角度驗(yàn)證了非晶合金流動(dòng)的三個(gè)階段。利用掃描投射顯微鏡分析了非晶合金的氧化行為對(duì)工藝的影響,氧化層均勻分布,不影響零件的曲線特征。利用透射電子顯微鏡分析了晶化行為對(duì)工藝的影響。微零件中納米晶產(chǎn)物尺寸為30-300nm,鑲嵌在非