非晶合金納米機(jī)械性能及切削機(jī)理研究.pdf

1、隨著科技的飛速發(fā)展，各行各業(yè)不論是對材料的性能還是對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、精度的要求都有質(zhì)的飛躍。尋求高品質(zhì)、可加工的功能材料已經(jīng)成為時代發(fā)展的需求。眾多學(xué)者為了使擁有高品質(zhì)的材料能得到很好的運(yùn)用而對其進(jìn)行深入研究，探索材料性能，解決材料的加工難題。
　　非晶合金，又稱金屬玻璃，是一種近年來發(fā)展起來的新型材料，具有短程無序、長程有序的結(jié)構(gòu)特征，合金中沒有位錯、沒有相界、沒有第二相、沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。正是由于其非晶結(jié)構(gòu)使其具有較高

2、的機(jī)械強(qiáng)度和韌性、優(yōu)良的磁性性能和抗腐蝕、抗摩擦性能等，已在電子、機(jī)械、航空航天、微電子等眾多領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。但材料的納米機(jī)械性能和加工性能一直是困擾這一領(lǐng)域發(fā)展的難題，成為研究的熱點(diǎn)。Cu50Zr50非晶合金是一種典型的二元非晶合金，能很好的顯示非晶合金的特性，本文針對Cu50Zr50非晶合金進(jìn)行了納米機(jī)械性能和切削性能的研究。
　　在納米甚至原子尺度時，很難通過實(shí)驗(yàn)在線實(shí)時監(jiān)測的手段研究材料的變形行為，而分子動力學(xué)分析可以實(shí)

3、時模擬材料變形行為等，成為當(dāng)今研究材料納米機(jī)械性能和加工性能的一種有效手段。本文分別對Cu50Zr50非晶合金的納米壓痕模型和納米切削模型分別進(jìn)行了分子動力學(xué)壓痕和切削的模擬仿真。針對納米壓痕仿真，研究了納米壓痕過程中材料變形、力、材料機(jī)械性能參數(shù)、局部溫度、“剪切轉(zhuǎn)化區(qū)”的形成和發(fā)展以及不同壓痕參數(shù)對Cu50Zr50非晶合金納米壓痕過程的影響。結(jié)果表明：“剪切轉(zhuǎn)化區(qū)”（不連續(xù)的塑性變形）在納米壓痕過程中逐漸形成和發(fā)展。壓頭與基底接觸區(qū)

4、域的溫度最高。當(dāng)溫度超過非晶合金材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的85％時，自由體積將減小到一定程度，原子之間將變得“擁擠不堪”，基底原子運(yùn)動受阻，這將導(dǎo)致材料性能的波動。壓痕參數(shù)對 Cu50Zr50非晶合金的變形行為有著很大的影響，材料的硬度和彈性模量隨著加載速度的增大而增大。隨著溫度的升高，材料的硬度逐漸降低，彈性模量有很大的波動。與虛擬壓頭相比，金剛石壓頭仿真中加載曲線的初始階段和卸載曲線可以看到明顯的粘附作用。
　　針對納米切削仿

5、真，研究了納米切削過程中材料變形、“剪切轉(zhuǎn)化區(qū)”的形成和發(fā)展、溫度以及不同切削參數(shù)對Cu50Zr50非晶合金納米切削過程的影響。結(jié)果表明：在納米尺度下，Cu50Zr50非晶合金切削過程中材料的去除主要原因是受到推擠作用。材料切削過程中的塑性變形受到剪切轉(zhuǎn)化區(qū)的影響。切削參數(shù)對Cu50Zr50非晶合金的變形行為有著很大的影響。工件切削區(qū)域和刀具牛頓層溫度受切削速度和切削深度的影響較大。當(dāng)切削區(qū)域溫度超過非晶合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg時，切