非晶合金热塑性成形过程中的氧化

非晶合金由于具有高强度、耐腐蚀、抗磨损以及热态下良好的超塑性成形能力等优势,在工程技术领域具有广阔的应用前景。非晶合金热塑性成形工艺充分利用非晶合金在热态下的超塑性成形能力,是加工制造非晶合金零件的重要途径,但是非晶合金在热态下的氧化会显著影响非晶合金热塑性成形工艺的产品质量和生产成本。针对非晶合金在过冷液相区的氧化行为开展的研究发现:非晶合金的晶化会导致其氧化机制的转变;随着氧化程度的增加,氧化层内会形成多个亚层结构;粗糙表面能够显著促进非晶合金的氧化;在一定程度上,压应力能够抑制非晶合金氧化,而拉应力则能促进其氧化;氧化能够提高非晶合金的表面硬度,并改善其耐腐蚀能力。

大块非晶合金热塑性成形的研究进展

介绍了大块非晶合金的特性及其应用,对大块非晶合金的热塑性成形原理、技术及其研究进展进行了详细的综述,并展望了大块非晶合金热塑性成形的发展趋势。

热塑性成形唯象应力-应变本构方程

在高温实验基础上,提出一种建立材料高温塑性成形全过程的唯象本构关系的方法,获得42CrMo及T3两种典型材料的热塑性加工过程应力-应变本构方程。为材料成形工艺及数值模拟提供不可缺少的基本保障条件。

钛合金薄壁件热塑性成形工艺研究进展

薄壁件热塑性成形工艺包括热压成形、热校形、高温气压成形、超塑成形/扩散连接、柔性热成形等,是钛合金等难加工材料复杂曲面薄壁件的有效制造方法。钛合金热塑性变形理论研究为各类热成形工艺提供理论基础,指导零件的精确成形,在合适的热成形工艺参数下,可实现钛合金薄壁件制造。结合国内外文献,总结了钛合金高温塑性变形机理、钛合金薄壁件热塑性成形工艺、典型缺陷及解决措施、模具及热成形装备等研究进展,并预测了发展趋势。

轻质钛基非晶合金热塑性成形性能研究

以轻质Ti41Zr25Be34非晶合金为研究对象,采用Fe合金化的方法改善钛基非晶合金的热塑性成形性能。结果表明采用Fe替换Be能有效提高Ti-Zr-Be非晶合金的热塑性成形性能,最佳Fe添加量为6 at.%。系统研究了基于热力学特征温度的参数与钛基非晶合金热塑性成形性能之间的关系,发现S参数是最有效的基于特征温度的钛基非晶合金热塑性成形性能判据。Ti41Zr25Be28Fe6非晶合金具有123 K的宽广过冷液相温度区间和较大的S参数值（0. 238）,其热塑性成形性能明显优于已开发的钛基非晶合金,可与热塑性成形常用合金Vit-4相媲美。采用润滑油辅助纳米模压技术,可以成功在大气环境下制备出钛基非晶合金纳米结构。

晶化分数对钛基非晶复合材料热塑性成形能力的影响

目的研究晶化分数对原位晶化钛基非晶复合材料热塑性成形能力的影响,优化Ti基非晶复合材料的制备和设计。方法首先采用电弧熔炼和铜模铸造制备出成分为Ti45Zr20Be29Fe6和Ti45Zr20Be29Cu6的非晶合金,通过连续加热DSC及等温DSC研究其晶化动力学,然后根据得到的等温晶化规律制备不同晶化体积分数的非晶复合材料,并通过静态热机械分析(TMA)表征其热塑性成形能力。结果Ti45Zr20Be29Fe6在406℃与411℃时,等温晶化过程为形核率随时间增大的形核长大过程;Ti45Zr20Be29Cu6在370,375,380,385℃时,等温晶化过程为形核率随时间减小的形核长大过程;XRD物相分析表明,等温处理后Ti45Zr20Be29Fe6和Ti45Zr20Be29Cu6的析出相分别为β-Ti和α-Ti2Zr;两种内生复合材料的热塑性成形能力均随晶化相体积分数的增大而降低,且Ti45Zr20Be29Fe6基体复合材料的热塑性成形能力比以Ti45Zr20Be29Cu6为基底的复合材料更好。结论晶化分数增加会降低钛基非晶复合材料的热塑性成形性能,且其影响程度与复合材料的基体和晶体第二相的特性有关。

非晶合金复合材料的热塑性成形研究进展

非晶合金复合材料可以解决非晶合金室温脆性的问题,但其具有的高硬度、高强度的特点使之难以采用常规的机械加工手段进行成形,热塑性成形技术是制造非晶合金复合材料零件或构件的有效成形手段。基于非晶合金复合材料的热塑性成形,介绍了非晶合金复合材料在过冷液相区的热塑性变形行为,探讨了增强相形态、第二相体积分数、温度和应变速率对非晶合金复合材料热变形行为的影响,总结了常见的非晶合金复合材料的热塑性本构模型,介绍了非晶合金复合材料热塑性成形的典型工艺与方法,最后,展望了未来非晶合金复合材料热塑性成形研究的发展方向。

应力三轴度对7050铝合金热塑性成形损伤和晶粒尺寸的影响

在应变速率为0.01~10s-1、温度为423~623K下,采用Gleeble1500热物理模拟机并结合有限元法对7050铝合金进行单轴拉伸试验与模拟,分别确定了该材料流变应力、动态再结晶及热塑性损伤的模型参数。然后,基于布里奇曼(Bridgman)法建立了不同缺口半径的7050铝合金圆棒拉伸有限元分析模型,研究了不同温度条件下应力三轴度对7050铝合金热塑性成形损伤的影响。最后,利用DEFORM-3D软件模拟了该合金在不同应力三轴度下的晶粒长大规律。结果表明,在相同温度下,塑性损伤值随应力三轴度的增大而增加,当应力三轴度高于0.7后,塑性损伤值基本保持稳定;在相同应力三轴度下,塑性损伤值随温度的升高而降低,当温度高于523K以后,塑性损伤值基本保持稳定;随应力三轴度的增加晶粒尺寸先减小后增加。

结构钢热塑性变形后冷却过程的数值模拟研究综述

对过冷奥氏体转变过程数值模拟的基本原理、研究方法进行了总结,介绍了温度场、组织场、应力/应变场的数值计算。同时介绍了大应力作用下相变动力学模型研究的现状,以及过冷奥氏体转变过程数值模拟的难点及存在的问题。

新型铜合金/非晶复合材料的挤压成形特性

基于大块非晶在过冷液相区间具有较好的热塑性成形特点,选择铜基非晶Cu40Zr44Ag8Al8和铜合金,通过挤压成形工艺,制备出一种新型的铜合金/非晶复合材料;在703 K和挤压速度为0.4 mm/min下对该复合材料进行挤压,获得铜合金/非晶复合材料棒材。通过光学金相(OM)、X射线衍射(XRD)、示差扫描量热分析(DSC)和维氏硬度测试(HV)对挤压变形前、后芯部非晶进行形貌观察和结构分析。结果表明:芯部非晶在挤压前期呈不均匀分布,而后分布非常均匀;结合XRD、DSC和硬度的结果分析,在703 K下挤压后,芯部非晶没有发生晶化。

非晶合金零件成形技术研究进展

非晶合金作为一种结构不同于传统晶体金属、性能优异的新型材料一直是凝聚态物理学家和材料学家关注的热门领域。近几十年来,非晶合金的基础理论研究和制备工艺都取得了巨大进步,非晶合金作为一种极具应用前景的结构材料和功能材料,正在逐渐由实验室走向商业应用,推动科技发展。一种新材料想要最终走向商业应用,必须要有与之相适应的高生产率、低成本的零件成形技术。但是非晶合金的制备需要较快的冷却速率、高真空、高纯原料等苛刻条件,成本相对较高。同时非晶合金在室温下强度高、脆性大的特性使其难以机加工,热塑性成形时又极易发生晶化,难以成形大尺寸、复杂形状的零件,这严重限制了它的广泛应用。针对非晶合金的特点开发相应的零件成形技术成为学者们研究的重要课题。随着非晶成形能力较强的合金体系的出现,相应的非晶零件成形技术也得到了极大的发展。目前非晶合金的零件成形技术主要包括铸造成形、热塑性成形、焊接、粉末烧结、增材制造技术等,成形零件的尺寸极限跨及纳米至厘米尺度,复杂程度、制备和成形效率都得到大幅提升。但是每种成形技术都在成形效率、尺寸、性能、成本等方面有些许局限性,难以完全实现非晶合金零件的工业化生产和应用。本文简要综述了目前非晶合金铸造成形、热塑性成形、焊接、粉末烧结、增材制造技术的最新研究进展,分析了现有成形技术的优缺点及非晶合金成形的难点,最后指出外加能场复合、多种工艺复合的复合制造方式将是非晶合金零件成形技术未来发展的重要方向。

Pd_(20)Pt_(20)Cu_(20)Ni_(20)P_(20)高熵金属玻璃的热稳定性和热塑成形性

采用差示扫描量热法、X射线衍射和热力学分析研究了Pd_(20)Pt_(20)Cu_(20)Ni_(20)P_(20)高熵金属玻璃(HEMG)的热稳定性和热力学性能。结果表明,与其他经典贵金属基金属玻璃相比,Pd_(20)Pt_(20)Cu_(20)Ni_(20)P_(20)HEMG具有相当的性能和鲜明的特点。

陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。

有限元模拟中关键技术问题的处理

本文介绍了热刚粘塑性有限元耦合程序的分析技术及其在环坯扩挤复合成形过程中的应用，给出了环坯复合成形控制工艺设计实例。

非晶合金表面超疏水性研究进展

源于荷叶自清洁效应的超疏水表面已成为材料、仿生等领域的研究热点之一。相对有机高分子材料而言,金属材料超疏水性表面具有更高的耐久性。但晶态金属的"晶粒效应"制约了表面微/纳尺度几何结构的制备。非晶合金在过冷液相区优异的微/纳尺度成形能力,以及较晶态金属更低的表面自由能,使其成为制备超疏水性金属表面的理想材料之一。综述了不同体系非晶合金的表面能;非晶合金表面微/纳尺度几何结构的构造;表面几何结构对疏水性的影响规律及机理;并对非晶合金表面超疏水性进行了展望。

新型铜/非晶复合板材的制备和弯曲性能

采用挤压成形工艺制备新型纯铜/Cu40Zr44Ag8Al8非晶复合板材。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度(HV)和扫描电子显微镜(SEM)研究复合板材芯部非晶尺寸与硬度的分布及复合板材的界面性能;并对比纯铜板材和复合板材的三点弯曲性能。结果表明:通过挤压成形工艺可以使复合板材获得良好的界面结合,界面元素梯度分布表明界面宽度约为2.15μm。挤压开始阶段,复合板材由单一纯铜组成;随后芯部开始出现非晶,且在距离头部12 mm处非晶尺寸达到最大,其长度和宽度分别为2.785和1.481 mm;随着挤压的继续进行,芯部的非晶尺寸逐渐减小并趋于稳定,稳定阶段长度和宽度的平均尺寸分别为2.269和0.797 mm。X射线衍射和维氏硬度结果表明,芯部非晶在复合挤压过程中没有发生晶化现象。三点弯曲试验表明,复合板材的弯曲强度比纯铜的大,其弯曲断裂强度为377.4 MPa。

镁合金双道次热压缩微观组织有限元模拟

将热—力耦合弹塑性有限元方法与微观组织演化模型相集成,通过动态再结晶、亚动态再结晶以及晶粒长大模型相结合,定量分析了镁合金AZ31B在热压缩过程中的晶粒尺寸变化以及再结晶百分数变化。通过AZ31B镁合金圆柱形试样的Gleeble热力模拟试验,获得有限元模拟所需的高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸,实验数据建立动态再结晶微观组织演化模型,并通过二次开发与有限元模型相集成,通过进行双道次Gleeble热力模拟试验对模拟预测结果进行验证。研究结果表明,部分动态再结晶部分将在压缩道次间发生亚动态再结晶以及晶粒长大,通过模拟得到的数据与实验数据相比较,说明本次模拟是可行的。

块体非晶合金成形技术研究进展

提出了非晶合金超塑性成形和铸造成形的基本技术路线,并对近年来非晶合金在超塑性成形和铸造成形方面的研究进行了概述,列举了在非晶合金零件成形技术领域的具体研究成果,并阐述了非晶合金超塑性成形和铸造成形技术的优势与不足。

金属玻璃微制造技术现状与研究进展

金属玻璃,又称非晶态合金,因具有长程无序、短程有序的独特组织结构而拥有超常的综合性能,是制造微纳器件的理想材料之一,然而,其易过热变性且禀性钝惰硬脆,是一种典型难加工的材料之一。在分析金属玻璃组织结构特点和力学性能的基础上,按等材、减材和增材3种成形方式对金属玻璃的微制造方法与技术进行了综述。介绍各自的加工与成形原理、工艺特点、技术优势、基础应用和发展现状,分析了它们的不足与发展趋势。目前,等材成形是主流的微成形加工方法,是基于非晶材料内在特性的一种成形方式。减材与增材成形加工现阶段仍处于探索之中,工程应用案例较少,有一定的发展潜力。最后展望了金属玻璃微纳制造领域的未来发展方向与研究重点。

金属玻璃的变形图:正应力效应

正应力如何影响金属玻璃高温下的变形方式转变目前仍不清楚.本文通过同时构建金属玻璃在压缩和拉伸下的变形图,发现存在显著的正应力效应,即拉伸正应力能极大地促进剪切局域化到均匀变形的转变,而压缩正应力则可能轻微抑制该转变.本研究结果强调了应力状态在金属玻璃高温变形中的关键作用,并预示着可通过调整局部应力状态来更好地控制金属玻璃的热塑性成形.