常温下超声波微挤压成形对ZK60镁合金流变行为的影响

发布时间：2017-07-19 11:03

  本文关键词：常温下超声波微挤压成形对ZK60镁合金流变行为的影响

  更多相关文章： 超声振动 微挤压 ZK60镁合金 晶粒尺寸 挤压应力 摩擦因子

【摘要】：众所周知,镁合金性能优越,是目前密度最小的金属结构材料;而且与其他生物医用材料相比,镁合金具有良好的生物相容性以及力学相容性,是作为心血管支架的理想材料。然而镁合金为密排六方晶格结构,在常温下独立滑移系较少,导致塑性变形困难,探索新的镁合金微成形工艺对于促进其在医用材料领域的应用具有不可估量的意义。由于传统微成形工艺遇到许多技术难题,本文提出一种新工艺,将超声振动应用于微体积成形。目前关于超声振动辅助金属塑性变形的理论并不成熟,对于超声振动应用于微成形领域的研究更是很少,为探讨该工艺的可行性及超声振动在金属塑性变形中的作用机理,本文在常温下对不同晶粒度的ZK60镁合金进行了一系列超声波微挤压成形实验,并对其微成形制件的微观结构及力学性能进行相关测试与分析。实验结果表明:施加超声振动后,ZK60镁合金在常温下的塑性变形能力相比传统微挤压成形得到大幅度提高,且成形能力随超声波振幅的增大而增加;此外,通过观察微成形制件的横断面微观组织发现,材料的非均匀性流动比宏观挤压的程度要大得多,表面晶粒明显变多,表面层变厚,而且表层金属的塑性变形程度比中心区域要大,晶粒尺寸也更细小;其次,微成形制件的晶粒尺寸得到很大程度的细化,与传统微挤压相比,晶粒的细化程度更大,并且随着微成形制件挤出直径的减小,晶粒细化越明显,但随着超声振动的加强,由于超声振动产生的热效应使得晶粒尺寸出现一定的长大;再者,通过观察微成形制件的纵截面微观组织发现,不论是变形区还是未变形区,其晶粒尺寸都得到细化,但变形区的细化程度更大,而且通过分析不同区域的微观组织,发现微成形制件晶粒细化机制主要来源于超声振动而不是挤压比的作用。从变形区的微观组织可以看出,挤压死区的塑性变形最大,晶粒尺寸最小。与传统微挤压相比,施加超声振动能够有效降低挤压应力、改善挤压过程中的摩擦状况,并且超声波振幅越大,挤压应力下降越明显、模具与试样之间的摩擦系数越小,同时还发现不论是传统微挤压还是超声微挤压,其挤压应力与晶粒度的关系都完全符合Hall-Petch公式,并且超声振动使挤压应力尺寸效应得到强化。最后,在微成形制件的力学测试中发现,施加超声振动能够有效提高微成形制件的强度及延伸率,强度随超声波振幅的增加有下降的趋势,延伸率变化不一,但相比传统微挤压成形制件,延伸率平均提高15%-25%,同时微成形制件的压缩断口也证明其强度比传统微挤压成形制件的强度要高。总之,将超声振动应用于ZK60镁合金的微体积成形,对于提高其微成形制件的成形能力、机械性能有着重大的意义。
【关键词】：超声振动 微挤压 ZK60镁合金 晶粒尺寸 挤压应力 摩擦因子
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 微成形简介11-12
• 1.2 无超声波振动的微塑性成形理论研究12-15
• 1.2.1 微成形尺度效应及机理研究12-13
• 1.2.2 微成形摩擦尺度效应13-14
• 1.2.3 微成形设备研究14-15
• 1.3 超声波辅助宏观塑性成形理论研究15-16
• 1.3.1 超声振动对材料流变行为的作用机理15-16
• 1.3.2 超声波振动成形本构模型16
• 1.4 超声波辅助微体积成形理论研究16-17
• 1.5 超声振动辅助微体积成形的优势17
• 1.6 研究内容17-19
• 第二章 ZK60 镁合金超声波微挤压实验19-23
• 2.1 实验材料19
• 2.2 实验方法及设备19-22
• 2.2.1 超声波微挤压实验19-20
• 2.2.2 微成形制件力学压缩实验20-21
• 2.2.3 ZK60 镁合金金相组织21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 超声波微挤压成形及晶粒细化23-35
• 3.1 超声波微挤压成形原理23-24
• 3.2 微成形制件的成形能力表征24-25
• 3.3 振幅对微成形制件成形能力的影响25-26
• 3.4 超声波微挤压对ZK60 镁合金的晶粒细化26-34
• 3.4.1 材料的流动行为27-30
• 3.4.2 超声波微挤压过程中温度的变化30-32
• 3.4.3 振幅对微成形制件晶粒大小的影响32-33
• 3.4.4 挤压比对微成形制件晶粒大小的影响33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 超声波微挤压过程中的状态分析35-48
• 4.1 超声波微挤压过程中的力学分析35
• 4.2 超声波微挤压过程中挤压应力的变化35-42
• 4.2.1 挤出直径对挤压应力的影响35-37
• 4.2.2 峰值应力与挤压比的关系37-38
• 4.2.3 超声波振幅对挤压应力的影响38-40
• 4.2.4 挤压应力的尺寸效应40-41
• 4.2.5 晶粒尺寸对挤压应力的影响41-42
• 4.3 超声波微挤压过程中摩擦因子的变化42-45
• 4.3.1 超声波振幅对摩擦因子的影响42-43
• 4.3.2 挤压比对摩擦因子的影响43-44
• 4.3.3 成形能力与摩擦因子的关系44-45
• 4.4 能流密度与成形能力的定量表征45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 微成形制件的力学性能48-54
• 5.1 振幅对微成形制件极限应力的影响49-50
• 5.2 振幅对微成形制件屈服强度的影响50-51
• 5.3 振幅对微成形制件压缩率的影响51-52
• 5.4 超声振动对成形制件压缩断口的影响52
• 5.5 本章小结52-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 6.1 全文总结54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王义;超声振动挤压强化工艺中的最佳挤压力问题[J];大连理工大学学报;1997年04期

2 郑金鑫，胡浩，程靳;超高频振动下材料本构关系探析[J];哈尔滨工业大学学报;1997年01期

3 刘庆;;镁合金塑性变形机理研究进展[J];金属学报;2010年11期

4 陈亚东,韩清凯,闻邦椿;振动加工时金属材料的本构关系的人工神经网络建立方法[J];机械科学与技术;2001年05期

5 潘美玲;郝新;刘小斐;;P91管材挤压数值模拟及挤压比与挤压力关系曲线图的建立[J];热加工工艺;2011年07期

6 付佳伟;齐乐华;周计明;张彬;杨方;;微挤压成形系统的设计与实现[J];塑性工程学报;2010年01期

7 高帆;李臻熙;;挤压比对TiAl合金铸锭挤压过程的影响[J];热加工工艺;2014年15期

8 翟秋亚,王智民,袁森,蒋百灵,李树丰;挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响[J];西安理工大学学报;2002年03期

9 杨宁;李为民;李悦;;生物可吸收支架的前景与挑战[J];心血管病学进展;2010年01期

10 袁启明;;支架在冠心病治疗中的发展历程[J];现代医学仪器与应用;2007年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王春举;微塑性成形机理及精密微塑性体积成形装置研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

2 刘艳雄;超声波辅助大塑性变形细化材料晶粒研究[D];武汉理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 赵亚西;H62黄铜微挤压成形及其尺寸效应研究[D];南京航空航天大学;2007年

2 魏丽;超声振动对AZ31镁合金室温塑性变形过程的影响[D];重庆大学;2010年

，

本文编号：562522