超聲激勵(lì)下介觀尺度純鈦塑性流動(dòng)機(jī)理研究及超聲輔助微針陣列成形.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)制成品日益微型化，微塑性成形技術(shù)在微型零件制造方面表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是，介觀尺度下發(fā)生的諸多尺寸效應(yīng)現(xiàn)象、工件尺寸特征的微型化使得工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。為了解決微塑性成形中工件成形困難的問(wèn)題，本文引入了超聲振動(dòng)輔助微塑性成形的方式來(lái)改善工件的成形質(zhì)量。材料的塑性變形過(guò)程中施加超聲振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生材料軟化等一系列宏觀、微觀現(xiàn)象，但是目前在超聲振動(dòng)對(duì)材料塑性流動(dòng)影響機(jī)理研究方面，大多數(shù)研究集中于超聲振動(dòng)產(chǎn)生的流動(dòng)應(yīng)力下降現(xiàn)

2、象，關(guān)于超聲振動(dòng)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)演化的研究卻很少，超聲振動(dòng)對(duì)材料塑性流動(dòng)影響的微觀物理機(jī)理仍不明確。
　　本文設(shè)計(jì)搭建了一套諧振頻率20KHz、額定功率1200W的超聲振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)裝置。使用該試驗(yàn)裝置研究了應(yīng)變速率、晶粒尺寸、試樣尺寸和超聲振幅對(duì)超聲振動(dòng)條件下介觀尺度純鈦塑性變形行為的影響，建立了考慮試樣尺寸和超聲振幅影響的超聲振動(dòng)條件下介觀尺度純鈦的本構(gòu)模型；其次通過(guò)SEM技術(shù)分析了變形后試樣的微觀形貌，使用EBSD技術(shù)分析了變形

3、后試樣的孿晶分布，揭示了介觀尺度純鈦的非均勻變形行為以及超聲振動(dòng)對(duì)材料“軟化”效應(yīng)的微觀機(jī)理；設(shè)計(jì)了微針陣列鐓擠復(fù)合成形模具，初步研究了超聲振動(dòng)對(duì)微針陣列成形質(zhì)量的影響。
　　通過(guò)對(duì)純鈦微圓柱體試驗(yàn)結(jié)果的分析，本文所研究的應(yīng)變速率和晶粒尺寸對(duì)介觀尺度純鈦塑性變形的影響不顯著；材料流動(dòng)應(yīng)力隨試樣尺寸減小而增大，隨超聲振幅增加而減小。通過(guò)對(duì)壓縮后試樣微觀形貌的分析，發(fā)現(xiàn)隨著試樣尺寸的減小，試樣的端面輪廓由較規(guī)則的圓形變?yōu)椴灰?guī)則形狀，側(cè)

4、面由較光順的弧面變得凹凸不平，說(shuō)明隨著試樣尺寸的減小材料的非均勻變形程度增加。通過(guò)對(duì)不同壓下量時(shí)無(wú)超聲振動(dòng)和施加超聲振動(dòng)壓縮后試樣的孿晶分布分析，發(fā)現(xiàn)隨著壓下量的增加，試樣中孿晶的體積分?jǐn)?shù)增加，說(shuō)明材料需要不斷產(chǎn)生孿晶協(xié)調(diào)變形的進(jìn)行；在兩種壓下量條件下，施加超聲振動(dòng)的試樣的孿晶界長(zhǎng)度均小于沒(méi)有施加超聲振動(dòng)的試樣的孿晶界長(zhǎng)度，可知施加超聲振動(dòng)后的試樣在相同壓下量條件下所需的孿晶數(shù)減小，說(shuō)明超聲振動(dòng)促進(jìn)了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使得材料發(fā)生“軟化”。