【毕业学位论文】低频振动载荷下非晶合金在微成形过程中的摩擦行为研究

摘 要非 晶 合 金 在 常 温 下 具 有 优 异 的 物 理 、 化 学 以 及 机 械 性 能 ， 在 过 冷 液 相 区 内 具备 良 好 的 微 成 形 能 力 。 但 非 晶 合 金 微 塑 性 成 形 过 程 中 表 现 出 几 何 尺 寸 效 应 ， 尤 其是 非 晶 坯 料 与 模 具 型 腔 接 触 面 间 的 摩 擦 效 应 会 引 起 非 晶 合 金 流 动 和 变 形 的 不 均匀 ， 从 而 很 难 保 证 复 杂 微 型 零 件 的 形 状 和 尺 寸 精 度 。 振 动 成 形 是 一 种 新 型 的 加 工方 式 ， 利 用 振 动 载 荷 可 以 提 高 产 品 质 量 ， 改 善 界 面 摩 擦 ， 已 经 在 金 属 和 高 分 子 材料 中 广 泛 运 用 。 本 文 以 锆 基 大 块 非 晶 合 金 为 研 究 对 象 ， 利 用 双 杯 挤 压 工 艺 ， 对 低频 振 动 载 荷 作 用 下 非 晶 合 金 在 微 成 形 过 程 中 的 摩 擦 行 为 进 行 了 初 步 探 究 。首 先 利 用 水 冷 铜 模 吸 铸 法 制 备 了 实 验 所 需 的 非 晶 合 金 样品 ， 并 采 用 X 射 线 衍 射 分 析 仪 （ 和 差 示 扫 描 量 热 仪 （ 检 测 了 其 结构 特 性 ， 确 认 了 样 品 的 非 晶 状 态 。 设 计 了 双 杯 挤 压 实 验 模 型 ， 使 用 软 件 获 得 了 不 同 振 动 力 场 作 用 下 的 摩 擦 标 定 曲 线 。 在 配 备 高 温 炉 的 料 力 学 性 能 试 验 机 上 完 成 了 低 频 振 动 载 荷 作 用 下 的 双 杯 挤 压 实 验 ，频 率 为 振 幅 为 120温 度 保 持 在 450C。 通 过 三 维 电 子 显 微 镜 测量 出 了 样 品 上 下 杯 高 度 值 ， 并 与 模 拟 得 到 的 摩 擦 标 定 曲 线 对 照 ， 获 得 了 不 同 振 动频 率 和 振 幅 振 动 力 场 作 用 下 非 晶 合 金 微 塑 性 成 形 过 程 中 的 摩擦 系 数 。结 果 显 示 ： 载 荷 的 振 动 频 率 明 显 地 影 响 摩 擦 系 数 ， 且 呈 现 出 一 定 的 规 律 性 ，总 体 上 看 ， 摩 擦 系 数 随 着 频 率 的 增 加 而 减 小 ； 对 振 幅 而 言 ， 当 振 动 频 率 为 ， 振 幅 的 改 变 对 摩 擦 系 数 影 响 不 大 ； 当 振 动 频 率 为 12 振 幅 改 变 对 摩 擦 系 数 有 一 定 的 影 响 化 ， 但 是 不 明 显 ， 也 没 有 像 振 动 频 率 对 摩擦 系 数 影 响 那 样 有 规 律 可 循 。 结 合 非 晶 合 金 摩 擦 理 论 模 型 、 自 由 体 积 理 论 和 有 限元 模 拟 分 析 了 摩 擦 因 子 随 振 动 力 场 变 化 的 原 因 。关 键 词 ： 非 晶 合 金 ； 微 成 形 ； 振 动 载 荷 ； 摩 擦 ； 双 杯 挤 压 ；of is a of in In a as of of in a of to it of to of by of of a on of 1to a of on 录1绪 论 .非 晶 合 金 的 发 展 概 况 .微 塑 性 成 形 .非 晶 合 金 微 塑 性 成 形 中 的 摩 擦 问 题 .振 动 加 载 在 材 料 成 形 中 的 应 用 现 状 .论 文 研 究 的 主 要 内 容 . 非 晶 合 金 的 制 备 与 检 测 . 非 晶 合 金 的 制 备 . 样 品 结 构 成 分 的 分 析 与 测 试 .本 章 小 结 . 挤 压 有 限 元 模 拟 及 摩 擦 系 数 的 获 得 . 非 晶 合 金 在 过 冷 液 相 区 本 构 方 程 的 建 立 .双 杯 挤 压 实 验 原 理 .振 动 力 场 作 用 下 双 杯 挤 压 有 限 元 模 型 的 建 立 .摩 擦 标 定 曲 线 的 建 立 .本 章 小 结 . 挤 压 实 验 及 结 果 .实 验 模 具 结 构 设 计 .实 验 方 案 .实 验 结 果 及 摩 擦 系 数 的 获 得 .本 章 小 结 . 与 讨 论 .数 据 分 析 .讨 论 . 与 展 望 .全 文 总 结 .课 题 展 望 . 文 献 . . . 论11绪 合 金 的 发 展 概 况非 晶 合 金 是 一 种 性 能 独 特 的 新 型 复 合 金 属 材 料 ， 微 观 结 构 呈 现 出 长 程 无 序 、短 程 有 序 的 原 子 排 列 状 态 。 在 不 同 的 冷 却 速 率 条 件 下 ， 液 态 金 属 在 不 同 的 冷 却 速率 下 可 以 转 化 成 两 种 不 同 类 型 的 固 态 物 质 ， 当 冷 却 速 率 较 低 时 ， 会 形 成 原 子 长 程有 序 规 则 排 列 的 晶 态 合 金 ； 当 快 速 冷 却 时 ， 液 态 物 质 内 部 微 观 原 子 还 未 来 得 及 完全 有 序 排 列 而 相 对 稳 定 的 位 置 ， 导 致 其 原 子 排 列 在 常 温 条 件 下 仍 保 持 着 短 程 有序 、 长 程 无 序 的 结 构 ， 具 有 这 种 原 子 排 列 方 式 的 固 态 合 金 材 料 我 们 称 之 为 非 晶 合金 或 者 金 属 玻 璃 。与 传 统 的 晶 态 物 质 相 比 ， 非 晶 合 金 不 仅 具 有 着 金 属 和 玻 璃 的 相 关 特 性 ， 还 有着 相 对 稳 定 的 热 力 学 亚 稳 结 构 ， 原 子 结 构 如 图 示 。 非 晶 合 金 在 常 温 下 表 现出 极 高 的 强 度 、 韧 性 、 耐 磨 性 和 腐 蚀 性 ， 以 及 良 好 的 软 磁 性 和 导 电 性 ， 在 机 械 、化 学 工 业 、 医 疗 器 械 、 航 空 航 天 等 多 个 领 域 体 现 出 良 好 的 运 用 价 值 ， 因 而 受 到 了全 世 界 的 广 泛 关 注 和 研 究 1。图 分 辨 电 子 显 微 镜 拍 摄 的 原 子 结 构 图 (a)非 晶 合 金 和 (b)晶 态 金 a)b) 合 金 的 诞 生 和 发 展金 属 由 固 态 转 变 成 这 种 非 晶 态 相 当 的 困 难 ， 为 了 制 备 出 这 种 具 有 独 特 结 构 的材 料 ， 科 学 家 们 进 行 了 长 期 深 入 地 探 索 。20世 纪 30年 代 ， 科 学 家 在 做 蒸 汽 沉 积 实 验 时 在 玻 璃 冷 基 底 发 现 了一 种 特 殊 金 属 膜 ， 这 种 金 属 后 来 被 我 们 称 之 为 非 晶 合 金 。 20 世 纪 50 年 代 ， 纺 织 大 学 硕 士 学 位 论 文2和 根 据 从 原 子 微 观 学 角 度 出 发 作 出 预 测 ， 当 温 度 降 到 足 够 低 时 ， 常 见 的液 体 都 能 向 被 玻 璃 化 转 变 ， 由 此 揭 开 了 非 晶 态 合 金 研 究 的 序 幕 。 20世 纪 60年 代 ，最 先 使 用 急 冷 法 在 金 硅 合 金 中 获 得 了 非 晶 态 材 料 ， 急 冷 技 术 成 为 了 人 们制 备 非 晶 态 材 料 的 主 要 方 式 ， 极 大 激 发 了 人 们 研 究 非 晶 合 金 的 热 情 。 20世 纪 70年 代 ， 美 国 科 学 家 了 实 现 非 晶 合 金 的 批 量 生 产 ， 经 过 不 断 的 实 验 终 于 发现 了 一 种 新 方 法 快 淬 法 。 但 是 这 些 被 发 现 的 合 金 体 系 的 制 备 需 要 较 高 的 冷却 速 率 ， 在 工 艺 上 条 件 上 限 制 了 非 晶 态 材 料 的 进 一 步 开 发 与 利 用 。 20世 纪 80年代 末 ， 6使 用 溶 剂 包 裹 的 方 法 制 得 块 的 非 晶 合 金 。 随 后 人 使 用 石 英 管 水 淬 法 制 得 直 径 为 非 晶 合 金 ， 用 无 模 重 力 管 值 得 了 直 径 为 体 非 晶 。 但 是 这 些 都 是 非 晶 材 料 都是 基 于 钯 、 铂 等 贵 金 属 ， 无 法 大 范 围 地 推 广 应 用 。 20世 纪 90年 代 初 开 始 ， 非 晶合 金 的 研 究 取 得 了 突 破 性 地 进 展 。 几 位 日 本 学 者 利 用 极 低 的 临 界 冷 却 速 度 制 得 了多 元 合 金 体 系 。 20 世 纪 末 ， 7发 现 了 一 种 的 大 块 非 晶 合 金 ，具 有 极 低 的 临 界 速 率 ， 且 物 理 、 化 学 性 能 比 以 前 发 现 的 非 晶 合 金 更 加 优 良 ， 也 是目 前 为 止 应 用 最 广 泛 的 非 晶 合 金 体 系 。 此 后 ， 人 们 相 继 研 制 出 了 镁 、 铁 、 锆 、 镧 、钯 基 等 许 多 种 类 的 多 组 元 体 系 组 合 非 晶 材 料 。 中 科 院 的 汪 卫 华 等 人 2发 现 了 迄 今为 止 塑 性 最 好 、 最 容 易 加 工 成 形 的 非 晶 态 材 料 非 晶 合 金 。 这 些 都 极 大 了 提高 了 非 晶 合 金 的 应 用 前 景 。 合 金 的 性 能 和 应 用从 宏 观 上 看 ， 非 晶 合 金 材 料 与 普 通 的 金 属 并 没 有 明 显 的 区 别 ， 但 它 特 殊 的 原子 排 列 结 构 ， 使 其 在 物 理 、 化 学 等 方 面 却 发 生 了 质 的 飞 跃 ， 具 有 许 多 一 般 材 料 无法 比 拟 的 优 异 性 能 。 表 1 种 常 见 的 大 块 非 晶 合 金 的 基 本 性 能 和 应 用 领 域 。表 1 晶 合 金 材 料 的 基 本 性 能 和 应 用 领 论3在 力 学 性 能 方 面 ， 非 晶 合 金 有 比 一 般 金 属 材 料 更 高 的 硬 度 、 强 度 、 韧 性 、 耐磨 性 。 例 如 非 晶 合 金 的 弹 性 比 功 远 大 于 相 同 成 分 的 晶 态 合 金 ， 高 出 一 般 弹簧 钢 高 出 8 倍 以 上 ， 并 且 其 断 裂 强 度 也 很 高 ， 可 以 与 工 程 陶 瓷 相 媲 美 ； 非晶 态 合 金 的 抗 拉 强 度 是 普 通 晶 态 合 金 强 度 的 2倍 多 ， 可 达 4500 右 。如 图 是 国 外 利 用 非 晶 材 料 的 这 些 优 良 性 能 制 作 出 的 高 强 度 、 高 硬 度 、 外 表美 观 的 网 球 拍 和 外 科 手 术 刀 。图 外 的 一 些 非 晶 合 金 产 焊 方 面 ， 传 统 焊 接 工 艺 材 料 脆 性 大 ， 只 能 以 粉 末 状 使 用 ， 价 格 昂 贵 、 成本 高 ， 有 些 含 有 毒 性 元 素 ,不 仅 会 对 焊 接 人 员 生 理 造 成 危 害 ， 还 有 可 能 对 环 境 造成 不 可 逆 的 破 坏 。 市 场 上 大 多 数 钎 料 在 焊 接 时 受 工 艺 的 影 响 焊 缝 之 间 容 易 产 生 气泡 、 杂 质 等 弊 端 ， 但 利 用 非 晶 合 金 材 料 制 作 的 钎 料 能 显 著 提 高 钎 焊 接 头 的 质 量 ，具 有 无 污 染 、 操 作 简 单 方 便 等 有 优 点 ， 受 到 人 们 越 来 越 多 的 关 注 和 重 视 。 现 在 许多 非 晶 态 的 钎 料 已 被 研 发 并 运 用 到 工 业 生 产 中 ， 尤 其 以 、 非 晶 钎 料 应用 的 最 为 普 遍 。 20世 纪 80年 代 ， 司 使 用 钎 料 成 功 焊 接 了 飞 机 上 叶 轮与 定 子 等 部 件 。 国 内 有 学 者 对 汽 轮 机 的 回 热 器 使 用 非 晶 钎 料 ， 热 效 率 提 高 了 4%，燃 料 节 约 15%， 节 能 效 果 明 显 。软 磁 性 是 最 能 体 现 非 晶 合 金 工 业 运 用 价 值 的 物 理 特 性 之 一 。 与 一 般 的 磁 性 材料 想 比 ， 它 更 容 易 被 磁 化 ， 具 有 磁 感 应 强 度 高 、 损 耗 低 等 优 点 ， 特 别 适 合 制 作 各种 电 子 器 件 。 与 以 往 使 用 的 硅 钢 芯 变 压 器 的 相 比 ， 由 非 晶 合 金 材 料 制 作 的 变 压 器空 载 消 耗 可 下 降 80%左 右 ,具 有 显 著 的 节 能 效 果 ， 被 誉 为 是 节 能 和 环 保 的 绿 色 材料 ， 非 常 适 合 电 网 改 造 的 新 农 村 和 能 源 匮 乏 的 区 域 。 非 金 合 金 在 录 音 机 的 磁 头 、电 源 开 关 、 变 换 器 、 漏 电 自 动 开 关 、 金 属 探 测 器 、 应 力 仪 、 感 应 磁 头 材 料 等 方 面也 得 到 了 实 际 运 用 。 同 时 ， 非 晶 合 金 也 具 有 良 好 的 光 学 性 能 ， 是 制 造 理 想 、 高 效太 阳 能 吸 收 器 的 最 合 适 的 材 料 。在 化 学 性 能 方 面 ， 非 晶 合 金 比 一 般 晶 体 材 料 更 加 耐 腐 蚀 ， 局 部 腐 蚀 一 般 不 会发 生 ， 而 且 对 点 、 缝 腐 蚀 也 能 很 好 的 起 到 抑 制 作 用 。 非 晶 表 面 活 化 能 比 一 般 的 晶武 汉 纺 织 大 学 硕 士 学 位 论 文4态 合 金 高 ， 对 某 些 化 学 反 应 有 明 显 的 催 化 作 用 ， 是 一 种 很 有 发 展 前 途 的 新 型 催 化剂 11。储 氢 也 是 非 晶 合 金 材 料 的 一 个 重 要 特 征 ， 它 不 仅 可 以 存 储 和 释 放 氢 气 而 且 价格 便 宜 。 这 种 性 能 在 镁 基 合 金 上 最 能 体 现 出 来 ， 相 比 传 统 的 储 氢 材 料 ， 它 具 有 安全 性 高 ， 容 量 大 、 生 产 工 艺 简 单 等 特 点 ， 这 些 使 它 成 为 最 具 前 景 的 储 氢 材 料 之 一 。对 于 资 源 匮 乏 的 全 球 来 说 ， 非 晶 的 储 氢 特 性 引 起 了 人 们 的 普 遍 关 注 ， 这 将 极 大 地加 快 人 类 对 氢 气 的 利 用 。非 晶 合 金 在 医 疗 手 术 器 件 方 面 的 运 用 与 生 物 医 学 的 兼 容 性 将 是 非 晶 合 金 应用 领 域 的 一 个 重 要 指 标 。随 着 工 业 技 术 的 发 展 ， 人 类 对 这 种 “梦 幻 般 的 金 属 ”的 需 求 将 会 越 来 越 大 ， 科技 总 在 进 步 ， 块 体 非 晶 合 金 的 本 质 也 会 被 逐 渐 认 识 ， 将 会 有 更 多 的 非 晶 态 材 料 被研 制 出 来 ， 人 类 将 成 为 最 终 的 受 益 者 。 性 成 性 成 形 的 发 展 概 况近 年 来 ， 由 于 电 子 工 业 的 兴 起 和 微 电 子 工 艺 的 进 步 ， 产 品 微 型 化 已 成 为 必 然趋 势 ， 微 型 零 件 在 航 空 航 天 、 精 密 仪 器 、 生 物 医 疗 等 领 域 ， 成 为 不 可 缺 少 的 组 成部 分 。 微 成 形 （ 技 术 受 到 到 了 人 们 的 高 度 重 视 ,机 械 装 置 向 微 小型 化 方 向 发 展 已 经 成 21 世 纪 的 许 多 国 家 关 键 科 学 技 术 之 首 。微 塑 性 成 形 是 指 以 塑 性 加 工 的 方 式 生 产 至 少 在 二 维 方 向 上 尺 寸 处 于 亚 毫 米量 级 的 零 件 或 结 构 的 工 艺 技 术 12。 该 技 术 不 仅 保 留 了 传 统 塑 性 成 形 的 优 点 ， 而 且生 产 率 高 、 材 料 损 耗 小 ， 形 成 的 产 品 性 能 也 很 优 秀 ,使 得 这 一 工 艺 适 合 于 产 品 的大 规 模 批 量 生 产 ， 引 起 了 许 多 国 家 和 科 研 人 员 的 注 意 。20 世 纪 50 年 代 ， 机 械 装 置 和 零 件 微 型 化 的 设 想 由 美 国 科 学 家 提 出 。 20 世 纪 80年 代 年 ， 美 国 针 对 兴 起 的 信 息 技 术 ， 启 动 了 首 个 微 电 子 机械 系 统 （ 计 划 ， 标 志 着 微 成 形 术 的 开 端 。 20 世 纪 90 年 代 ， 司 使 用 术 将 微 型 加 速 计 成 功 导 入汽 车 的 防 撞 气 囊 ， 并 实 现 大 批 量 的 生 产 ， 预 示 着 术 的 正 式 走 上 了 商 业化 的 道 路 。 随 着 微 型 产 品 需 求 的 越 来 越 大 ， 单 纯 靠 车 、 削 、 铣 、 磨 等 传 统 机 械 加工 的 方 法 ， 已 经 很 难 满 足 微 系 统 的 需 求 了 。 为 了 适 应 市 场 的 需 求 ， 出 现 了 一 股 研究 微 成 形 的 浪 潮 ， 微 电 子 加 工 技 术 、 光 刻 铸 模 压 塑 技 术 ( 准 术 等一 批 先 进 技 术 应 运 而 生 ， 虽 然 这 些 技 术 比 之 前 有 很 大 提 升 ， 但 仍 然 无 法 摆 脱 生 产耗 时 长 、 加 工 效 率 低 下 、 环 境 污 染 大 等 缺 点 ,导 致 微 塑 性 成 形 技 术 的 发 展 受 到 了极 大 的 限 制 。 形 的 工 艺 研 究1 绪 论5材 料 的 广 泛 应 用 离 不 开 加 工 手 段 ， 从 1990 年 开 始 ， 科 研 工 作 者 对 微 成 形 研技 术 的 研 究 重 心 转 移 在 对 其 工 艺 的 研 发 上 ， 相 继 出 现 了 微 冲 裁 、 微 弯 曲 、 微 铸 造 、微 挤 压 、 热 压 印 、 纳 米 复 制 等 先 进 的 微 塑 性 成 形 技 术 18。冲 裁 工 艺 是 生 产 微 型 零 件 的 重 要 方 式 ， 现 阶 段 微 电 子 产 品 是 冲 裁 工 艺 应 用 最多 的 领 域 。 如 图 示 ， 是 组 20在 20 世 纪 90年 代 通 过 研 究 微 电 子 线框 产 品 的 冲 裁 工 艺 后 生 产 的 节 距 只 有 引 线 框 ， 之 后 他 们 将 该 工 艺 成 功的 运 用 到 微 机 电 零 件 的 生 产 中 。图 裁 工 艺 制 造 的 节 距 为 线 曲 也 是 一 种 典 型 的 微 成 形 工 艺 ， 它 的 一 个 明 显 的 特 点 就 是 成 形 后 的 产 品尺 寸 与 原 材 料 厚 度 保 持 一 致 。 人 设 计 了 一 套 适 合 微 弯 曲 工 艺 的 微 型 装置 ， 在 脚 的 弯 曲 成 形 中 得 到 了 很 好 的 运 用 ， 如 图 示 。 由 于 微 弯 曲 工艺 使 材 料 成 形 后 部 分 处 于 硬 化 状 态 ， 导 致 了 微 弯 曲 产 品 在 存 放 、 取 件 时 容 易 发 生变 形 或 者 肉 眼 难 以 察 觉 的 破 损 ， 因 此 ,对 微 弯 曲 产 品 质 量 好 坏 的 检 测 也 是 个 现 实的 难 题 ， 但 有 关 这 方 面 的 研 究 尚 未 系 统 报 道 过 。图 弯 曲 工 艺 制 造 的 线 插 压 也 是 一 种 常 用 的 微 成 形 工 艺 ， 各 国 科 研 工 作 者 对 此 工 艺 进 行 了 深 入 的研 究 。 武 汉 纺 织 大 学 的 吴 晓 13对 大 块 非 晶 合 金 的 微 反 挤 压 工 艺 进 行 了 基 础性 的 研 究 ， 使 用 一 套 合 理 的 模 具 装 置 成 功 地 挤 出 了 壁 厚 只 有 20 杯 状 非 晶 零武 汉 纺 织 大 学 硕 士 学 位 论 文6件 ， 如 图 。 图 厚 仅 有 20 杯 型 非 晶 零 造 是 近 年 来 兴 起 的 一 门 崭 新 的 微 成 形 工 艺 ， 具 有 花 费 少 、 效 率 高 、 能 实现 大 批 量 生 产 等 特 点 ， 在 精 密 复 杂 微 型 金 属 结 构 件 的 制 造 方 面 得 到 了 很 好 的 运用 。 国 外 有 科 学 家 使 用 流 动 性 较 高 的 非 晶 合 金 材 料 ， 铸 造 出 直 径 为 2毫 米 的 齿 轮零 件 。 我 国 微 铸 造 技 术 由 哈 尔 滨 工 业 大 学 的 李 邦 盛 率 先 研 究 ， 虽 然 起 步 晚 ， 但 也取 得 了 一 定 的 进 展 ， 成 功 制 造 出 外 径 为 580m， 直 径 为 300m 的 微 型 齿 轮 。超 塑 性 成 形 也 是 微 成 形 工 艺 之 一 ， 是 目 前 为 止 最 成 功 的 微 成 形 工 艺 技 术 ， 特别 是 在 非 晶 合 金 的 成 形 方 面 应 用 最 广 泛 。 宏 观 上 认 为 ， 如 果 材 料 在 单 轴 拉 伸 条 件下 ， 延 伸 率 大 于 原 来 的 两 倍 ， m(应 变 速 率 敏 感 指 数 )说 明 这 种 材 料 具 有 超塑 性17。 日 本 的 人 使 用 非 晶 合 金 材 料 ， 采 用 超 塑 性 成 形 工 艺 技 术 成 功地 制 造 出 模 数 50 微 米 ， 齿 数 为 10的 微 型 齿 轮 轴 。 文 献 15利 用 微 塑 性 成 型 工 艺 ，对 3 种 铝 合 金 的 分 别 进 行 了 微 挤 压 性 能 实 验 研 究 ， 然 后 分 析 了 加 压 时 间 、 成 形 温度 、 界 面 接 触 状 况 等 外 界 因 素 对 超 塑 性 成 形 作 用 。 成 性 技 术 发 展 面 临 的 问 题微 成 形 技 术 广 阔 的 前 景 和 潜 在 的 应 用 价 值 是 不 容 争 议 的 ， 但 是 由 于 产 品 微 形化 ， 成 形 过 程 中 产 生 的 诸 多 问 题 ， 一 定 程 度 上 限 制 了 微 成 形 技 术 的 发 展 。 主 要 体现 在 以 下 几 个 方 面 ：（ 1） 尺 寸 效 应尺 寸 效 应 在 材 料 行 为 和 各 向 异 性 上 可 以 体 现 出 来 。 材 料 在 塑 性 成 形 时 ， 所 有的 参 数 都 有 所 下 降 ， 当 工 件 的 尺 寸 减 小 ， 表 体 比 增 大 ， 导 致 表 面 上 的 晶 粒 与 材 料内 部 晶 粒 数 目 之 比 也 增 大 ， 材 料 抵 抗 流 动 变 形 的 力 降 低 ， 结 果 总 的 应 力 下 降 。 研究 表 明 ， 晶 体 材 料 中 ， 变 形 时 的 应 变 是 各 向 同 性 的 ， 当 微 成 形 后 的 材 料 ， 晶 粒 体积 相 对 增 大 ， 厚 度 方 向 上 的 晶 粒 数 量 减 少 ， 晶 粒 界 间 的 影 响 很 明 显 ， 厚 度 方 向 上变 形 更 加 容 易 ， 导 致 材 料 抵 抗 应 力 极 限 降 低 。1 绪 论7（ 2） 本 构 理 论 基 础在 微 成 形 下 ， 材 料 的 晶 粒 大 小 、 取 向 以 及 分 布 已 经 对 材 料 性 能 造 成 了 不 可 忽视 的 影 响 ， 传 统 宏 观 的 理 论 模 型 已 经 无 法 解 释 这 一 原 因 。 所 以 此 ， 我 们 必 须 通 过一 些 手 段 ， 比 如 对 比 性 实 验 等 ， 建 立 起 微 观 尺 寸 下 材 料 流 动 和 影 响 因 子 间 的 作 用模 型 ， 再 以 此 为 基 础 再 建 立 相 应 的 理 论 体 系 。（ 3） 微 成 形 模 具 的 设 计 、 制 造 以 及 材 料 的 选 择由 于 产 品 微 形 化 ， 传 统 的 微 模 具 和 设 计 理 论 已 不 再 适 用 于 微 成 形 ， 为 保 证 微成 形 过 程 中 的 准 确 、 流 畅 ， 对 微 成 形 模 具 的 设 计 和 制 造 精 度 有 了 更 多 的 限 制 ， 这也 成 为 又 一 个 制 约 微 成 形 发 展 的 关 键 因 素 。 硅 、 锰 、 新 型 材 料 已 取 代 传 统的 金 属 材 料 ， 作 为 模 具 材 材 料 的 首 要 选 择 。 虽 然 目 前 已 利 用 一 些 方 法 和 技 术 （ 传统 的 数 控 加 工 、 电 火 花 加 工 、 腐 蚀 、 光 刻 等 ） 制 造 出 一 批 微 成 形 模 具 ， 整 体 加 工精 度 和 表 面 质 量 有 所 提 高 ， 但 是 都 表 现 出 生 产 成 本 高 ， 效 率 低 下 ， 生 产 周 期 长 等缺 点 ， 且 对 复 杂 型 腔 的 加 工 技 术 ， 和 对 表 面 粗 糙 度 的 处 理 还 待 更 多 的 改 善 。（ 4） 检 测 装 置 及 设 备大 多 数 微 成 形 是 在 真 空 、 无 尘 或 者 相 当 洁 净 的 环 境 中 进 行 ， 传 统 的 测 试 方 法和 检 测 仪 器 在 在 微 小 尺 寸 下 变 得 十 分 特 殊 ， 传 统 的 设 备 可 能 已 不 再 适 用 。 现 代 检测 技 术 设 备 已 经 十 分 复 杂 且 价 格 昂 贵 ， 对 于 这 种 微 型 产 品 ， 可 想 而 知 检 测 难 度 有大 。 如 何 高 效 、 智 能 地 检 测 微 成 形 产 品 的 各 种 物 理 参 数 ， 开 发 专 门 测 试 设 备 等 这对 微 成 形 工 艺 检 测 技 术 领 域 来 说 绝 对 是 一 个 巨 大 的 挑 战 。微 成 形 工 艺 除 了 上 述 几 个 主 要 问 题 外 ， 还 有 许 多 问 题 也 需 要 引 起 注 意 和 解决 。 比 如 ， 微 成 形 过 程 中 摩 擦 和 润 滑 条 件 ； 利 用 计 算 机 辅 助 系 统 有 限 元 模 拟 微 成形 工 艺 等 等 。作 为 一 项 多 门 学 科 交 叉 的 新 型 工 艺 技 术 ， 微 成 形 技 术 具 有 许 多 优 势 ， 但 是 就目 前 而 言 ， 它 还 存 在 许 多 不 足 ， 除 了 通 过 实 验 的 手 段 来 认 识 具 体 的 作 用 机 理 外 ，理 论 性 基 础 研 究 和 有 限 元 仿 真 也 是 进 一 步 了 解 微 成 形 工 艺 的 重 要 方 式 。 合 金 微 塑 性 成 形 中 的 摩 擦 问 题大 块 非 晶 在 常 温 下 表 现 出 极 大 的 脆 性 ， 传 统 的 工 艺 手 段 难 以 对 其 加 工 ， 这 在很 大 程 度 上 限 制 了 非 晶 的 发 展 。 目 前 非 晶 合 金 变 成 工 业 产 品 主 要 是 通 过 在 过 冷 液相 区 超 塑 性 成 形 实 现 的 。 超 塑 性 成 形 方 法 由 于 加 工 的 零 件 尺 寸 精 度 高 ， 在 生 产 微小 精 密 零 件 时 具 有 显 着 优 势 19。 非 晶 合 金 的 超 塑 性 指 晶 界 经 过 滑 移 、 变 迁 等 一 系列 的 失 稳 后 重 新 建 立 起 来 的