Zr基大块非晶摩擦过程的信号分析及计算机模拟研究

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非晶合金材料有着独特的长程无序、短程有序的结构,其衍射图样呈现弥散的晕环,具有亚稳态,当温度或压力升高到一定值时会发生晶化;与传统晶态合金相比,具备许多独特而优异的物理、化学和力学性能,如具有物理上的各向同性、没有确切的熔点等;它兼有一般金属和玻璃的特性,具有玻璃转变温度点Tg;它在科学研究和应用上的重要性引起了广泛的关注,成为国际学术界研究的热点。大块非晶合金(BMG)在力学上呈现微观塑性、宏观脆性等特点,整体上属于高强度、高硬度的脆性材料;而Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5合金(vitl)正是作为大块非晶合金的代表性材料正被广泛地研究,它具有非常优异的综合性能,目前国外已发现Vitl可以用传统刀具切削加工出表面光洁度良好的零件,这样在这些零件被使用过程中,摩擦—磨损将是不可回避的一个问题,也是关系到这些零件使用寿命的关键因素之一,所以本课题将对大块非晶材料的摩擦性能做出研究。 脆性材料大块非晶在单向应力状态下其变形主要表现为脆性断裂,而在复杂应力状态下却又表现出不同的变形特性,因此对大块非晶在复杂应力状态下的变形机理的研究就极具意义。国内外对大块非晶在摩擦过程中的变形机理已有所研究,但大都是从材料的微观结构变化方面出发,采用电子显微镜、金相分析等非实时观测方法对材料表面的已磨损形貌进行观察研究;大块非晶合金的摩擦磨损是复杂应力状态下的动态过程,采用以上方法难以获得磨损过程中的变形以及断裂破坏的完整信息。本课题主要对Zr基大块非晶合金和铜、铁、PVC塑料进行干摩擦实验,利用信号测试技术实时提取Zr基大块非晶合金和铜、铁、PVC塑料摩擦磨损过程中的摩擦力信号,并对信号进行时域关系分析从而得出了以上材料的摩擦行为都符合摩擦原理等结论。 提取摩擦过程中的摩擦力信号,且利用扫描电子显微镜观察磨损形貌,得到了脆性断裂和塑性变形的特征信息;根据摩擦力信号和磨损形貌分析材料的摩擦磨损变形特性,确定了铜、铁和塑料的摩擦力信号主要是疲劳破损和塑性变形造成的,而Zr基大块非晶合金的摩擦力信号主要是塑性变形及脆性断裂综合作用的结果。 利用3-D模拟软件从分析摩擦力和摩擦温度入手,得到的模拟分析结论与前面实验的结果相吻合。
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