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SUS304超薄板力学性能尺度效应及微盒形件拉深研究

徐庆  
【摘要】:随着微机电系统的发展,微型零件的需求量日益剧增。然而由于尺度的减小所带来的一系列的问题在微型零件制造过程中无法忽略,因此研究关于微成形尺度效应及其产生的机理进行十分重要。本文研究对象为SUS304超薄板,研究以微塑性理论分析和单拉实验所得材料力学性能尺度效应为基础,运用仿真模拟和实验相结合的方法对微盒形件拉深中所表现的塑性变形尺度效应进行了研究。首先,本文对尺度效应的物理机理进行了分析,介绍了尺寸效应的定义。给出了两类不同的尺度效应,并针对不同类别的尺度效应现象给出其理论解释。其次,本文选择多种不同试样尺寸和晶粒尺寸的SUS304超薄板,对其进行微拉伸实验。实验表明,板料试样尺寸(厚度)和晶粒尺寸对材料力学性能影响显著,结合表面钝化层强化原理和经典hall-petch公式,得出了针对不锈钢薄板屈服强度的算式。通过对试样延伸率、屈服强度尺寸效应的研究发现,试样的塑性能力随厚度下降而减弱,即“越小越脆”。利用ABA QUS软件对微盒形件拉深进行数值模拟研究。凸模圆角部位应力应变最大,厚度减薄严重。并研究了不同区域的厚度分布特点以及不同工艺参数影响下的微盒形件拉深变形特点,用以指导微拉深模具设计。研究了不同试样尺寸和不同热处理状态下不锈钢薄板微盒形件拉深尺度效应。通过对试样的镶嵌打磨获得其成形件截面,并对成形件的截面进行了厚度分布测量和微硬度检测。凸模圆角位置发生厚度最大减薄和最大加工硬化,板料厚度减小使其成形能力减弱且应变梯度的强化效应增强。相同厚度下,晶粒尺寸越大则应变梯度强化效应越明显。厚度方向上晶粒数量是决定成形尺度效应的关键因素,晶粒数量的减少使几何必须位错增多,应变梯度强化效应增强,且流动应力分布规律性开始消失,分散性增强。


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