Zr35Ti30Cu8.25Be26.75非晶合金板料在过冷液相区的高速成形极限研究

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非晶合金由于不具有晶体结构,与常规晶态合金材料相比,具有高强度、高硬度、高弹性极限、优异的磁性、耐蚀性等特性,被广泛用于制作减震装置、高磁导铁芯、耐蚀零件和尖端武器等。目前,学者们对于非晶合金的热塑性成形研究主要集中于低应变速率下的体积成形。因此,本文以Zr35Ti30Cu8.25Be26.75非晶合金为试验对象,研究非晶合金在高温高速拉伸条件下的流变行为以及非晶合金的板料成形极限问题。本文首先将真空电弧熔炼、铜模浇铸法和线切割结合起来,制备出了完全非晶态的Zr35Ti30Cu8.25Be26.75非晶合金拉伸试样,并通过DSC测试获得了其热力学参数。随后,本文使用AG-IC 100k N材料试验机对Zr35Ti30Cu8.25Be26.75非晶合金进行了高温(约1.1Tg)高应变速率(0.1s-1~1.0-1)条件下的拉伸试验。实验结果表明:由于非晶合金内部自由体积含量不能够满足高速变形的需要,试样易在应力集中处诱导产生自由体积从而使拉伸试样发生缩颈变形。除个别试验条件外,绝大多数试样都因为缩颈的不断加剧而使试样发生了断裂。同时,SEM试验结果表明:拉伸试样断口截面出现了大面积的多重剪切带,部分区域呈现出绝热剪切面的特征,由此分析,拉伸试样的断裂是由于缩颈发生后,多重剪切带的扩展、汇聚和交叉导致的。拉伸试样的真应力-应变曲线均产生了应力过冲峰的现象,当试验温度越低或应变速率越大时,应力过冲峰的幅值越大。分析认为这是由于材料内部自由体积含量不能够满足塑性变形的需求,所以产生了应力过冲来促使产生额外的自由体积以协助变形。结合文献,将真应力-应变曲线视为蠕变应力-应变曲线与应力过冲峰耦合的结果。在求解稳态流动应力的过程中,针对本试验数据的特点,对虚应力模型中的归一化粘度公式进行了修正,修正后的虚应力模型的计算结果能够与试验结果很好地吻合。耦合应力过冲峰公式后,修正型Maxwell-Pulse本构模型能够很好地拟合试验真应力-应变曲线。使用Abaqus 6.14软件通过有限元模拟的手段获得了Zr35Ti30Cu8.25Be26.75非晶合金板料在633K、638K和643K,300mm/min冲压条件下的虚拟成形极限图。为了验证有限元模拟的正确性和虚拟成形极限图的准确性,本文设计了非晶合金薄带试样的高温高速成形试验和有限元模拟。结果表明,有限元模拟的结果能够很好地吻合了实际的试验结果,并且证明了633K、300mm/min和638K、300mm/min条件下的虚拟FLD能较好地预测非晶合金板料的成形极限。
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