微成形高温变形力学规律的研究

论文摘要

形得到人们的关注。由于微塑性成形中存在随尺度减小机械性能的尺度效应问题,使得传统塑性加工中的理论不能直接应用于微成形的数值模拟。本文以铝箔为研究对象,采用恒载荷恒温的高温拉伸实验,研究了不同厚度和晶粒大小的铝箔中的蠕变变形机理和尺度效应。在厚度t大于晶粒大小d即t>d,反映应变速率ε与应力σ间的依存关系的参数:应力指数n在7.8-8.6范围。随厚度的减小,应力指数减小,但是减小的幅度不大。在t<d时,n在6.4-10.2范围, n随着厚度的减小而增加,增加的幅度提高。变形的机理由应力指数值推断为位错蠕变的幂率机制。应变速率ε随厚度的减小而增加,而随晶粒大小的增加而增加,ε随t和d的变化关系可以用ε与t/d间的函数很好的表达,获得的关系式是:ε= Aσn（ t/d）1.95,n = n′-0.815lnt/d,其中, n′是相应的块体材料的应力指数,可以用自由表面与晶界对于位错运动的不同作用来解释应变速率与t/d间的变化规律。当t/d <1时,应变速率对t/d敏感。当t/d >1时,应变速率对t/d的敏感性减弱,当t/d较大时,应变速率对t/d的敏感性反映为n值几乎不随t/d变化,接近块状材料的情形。采用此公式模拟不同的t/d的情况下应力指数值,可以发现实验结果与由公式模拟的结果比较符合。当t/d在0.7-2.1之间符合的比较好,但t/d大于2.1和t/d小于0.7时,存在一定的偏差,讨论了偏差可能引起的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 MEMS 的定义、应用及发展趋势
• 1.3 微塑性成形的定义
• 1.4 国内外微塑性成形的研究现状
• 1.4.1 微尺度效应的研究
• 1.4.2 微塑性成形不均匀性研究
• 1.4.3 薄板材料的微冲压成形研究
• 1.4.4 微塑性成形设备研究
• 1.5 本课题的选题意义和研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 尺度效应的力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 尺度效应的定义及评判标准
• 2.3 尺度效应的分类
• 2.3.1 材料本征微尺度效应
• 2.3.2 工艺条件微尺度效应
• 2.4 产生微尺度效应的原因分析
• 2.5 微塑性成形力学本构模型
• 2.6 表面层理论
• 2.6.1 表面层模型
• 2.6.2 材料分层及各层的屈服应力
• 2.6.3 修正后试件整体的屈服应力
• 2.7 本章小结
• 第3章 宏观金属高温变形机制
• 3.1 引言
• 3.2 蠕变的定义
• 3.3 典型蠕变曲线
• 3.4 蠕变变形机制
• 3.4.1 扩散蠕变机制
• 3.4.2 蠕变幂律机制
• 3.4.3 第二相例子强化材料的蠕变
• 3.4.4 位错攀移控制的晶界滑动模型-超塑性变形机制
• 3.5 本章小结
• 第4章 实验的材料及试样的加工制备
• 4.1 实验材料
• 4.2 试样制备
• 4.2.1 电火花线切割加工
• 4.2.2 精密铣床加工
• 4.2.3 数控加工中心加工
• 4.3 本章小结
• 第5章 铝箔蠕变的力学规律研究
• 5.1 引言
• 5.2 铝箔拉伸蠕变实验
• 5.2.1 试验设备
• 5.2.2 蠕变试验研究方案设计
• 5.3 实验结果分析与讨论
• 5.3.1 蠕变曲线
• 5.3.2 应力-应变速率关系
• 5.3.3 应变速率-晶粒大小关系
• 5.3.4 应变速率-厚度关系
• 5.3.5 应变速率-t/d 关系
• 5.4 讨论
• 5.5 实验结论
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文