锆基金属玻璃的超精密切削加工性能与机理研究

摘要

金属玻璃在物理、化学等性能方面都有着独特的优势，在多个领域有着良好的应用前景，但却在加工成形上有着一定的困难，解决金属玻璃的超精密加工问题，将大大促进其广泛的应用。本文针对锆基金属玻璃的超精密加工问题，利用超精密机床进行了一系列实验研究，以获得对金属玻璃的加工性能和加工机理有更深入的了解，主要研究工作与结果包括： （1）对锆基金属玻璃分别使用两种刀具进行了微切削加工实验，分析了常见的切削参数对加工后表面粗糙度的影响规律。 （2）利用多种观测分析手段对加工后的表面进行了更明确的观测分析，结合相关的产热理论，分析出在加工过程中金属玻璃发生了玻璃化转变是加工后表面质量的主要限制因素。通过XRD分析了加工过程表面微结构的变化，其结果与TEM的观测结果相符，可以确认金属玻璃在微切削加工中发生了晶化现象。 （3）通过分析切削力得知在加工过程中金刚石刀具加工会引起更强的粘性流动，这是造成了更差的表面的主要原因之一。利用SEM观测的切屑分析金属玻璃在加工时遵循延性材料的切削机理。通过分析刀具磨损的情况，得知单晶金刚石刀具在加工结果不如PCBN刀具的情况下仍具有较高的刀具耐用度。 （4）通过一种实验方法将金属玻璃加工中的切屑保留在样品表面从而可以利用SEM对切屑和变形区进行较为清楚的观察，结合Oxley模型在一定程度上对切屑和加工变形区进行了定量分析，并利用高速相机记录了切屑的形成过程。通过实验中测得的切削力计算了应变速率敏感指数，得知在切削速率较低时金属玻璃的变形性质与一般塑性金属材料相同，切削速率较高时可能有超塑性变形发生。

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