激光驅(qū)動飛片微拉深成形試驗及微觀塑性變形機理研究.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品、生物、醫(yī)療器械以及微機電系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展，使得微器件的需求量不斷增加，與之相關(guān)的微金屬零部件的微成形加工技術(shù)也顯得越來越重要。本文在國家自然基金項目“強脈沖激光驅(qū)動飛片加載金屬箔板微成形基礎(chǔ)研究”(GrantNo.51175235)的支持下，基于三種典型材料純鈦、304不銹鋼和T2紫銅箔材進行激光驅(qū)動飛片微拉深成形實驗，研究微成形件的成形性能、機械性能、晶粒細化機制及微觀強化機制，同時探討退火對成形性能的影響。獲

2、得了以下主要結(jié)論和成果:
　　 1.對激光驅(qū)動飛片微拉深成形進行試驗，研究不同材料和激光能量對工件成形效果的影響。試驗結(jié)果表明激光驅(qū)動飛片微拉深工件具有良好的成形效果，箔材流動均勻，同時材料本身對成形性能影響很大。工件成形性能提高是由于慣性效應(yīng)和應(yīng)變率引起的材料本構(gòu)行為變化兩種機制。工件的失效的兩種機制是層裂和絕熱剪切帶內(nèi)亞微米、微米級空洞的成核、生長、聚集和擴展形成裂紋，最終導(dǎo)致破裂。
　　 2.對微拉深件表面進行納米

3、壓痕測試，試驗結(jié)果表明純鈦和T2紫銅微成形件的硬度大大提高，硬度從邊緣到中心有增加的趨勢，中心硬度提高了6倍以上。彈性模量也大大增加，提高機制可能是激光沖擊能夠使表層結(jié)構(gòu)更加致密，降低表層材料的孔隙率。304不銹鋼由于原材是冷軋態(tài)，硬度分布沒有規(guī)律。
　　 3.通過采用OM和TEM測試技術(shù)，對不同激光能量作用下成形件中的微觀組織進行表征，分析其中的微觀組織演化過程和晶粒細化機制，并對其表面硬度提高的微觀強化機制進行研究，得出結(jié)論

4、如下:
　　 (1)對于純鈦微拉深件，在成形件中發(fā)現(xiàn)了尺寸為80納米左右的細化晶粒，晶粒細化通過下列過程完成:形變孿晶→位錯纏結(jié)、位錯胞→亞晶粒。微觀強化機制是位錯強化和晶界強化。
　　 (2)對于304不銹鋼微拉深件，原材和微成形件中的微觀組織區(qū)別不大，這是因為原材是冷軋態(tài)，內(nèi)部組織本身就形貌各異，這也是導(dǎo)致工件表面納米硬度分布沒有規(guī)律的原因。
　　 (3)對于T2紫銅微拉深件，在其中發(fā)現(xiàn)了尺寸為30納米左右的

5、細化晶粒，細化晶粒產(chǎn)生的原因如下:1）在工件邊緣附近，位錯運動產(chǎn)生細化晶粒。位錯線、位錯纏結(jié)→位錯胞→亞晶粒;2）在靠近工件中心部位，形變孿晶破碎、孿晶相交→細化晶粒。微觀強化機制為晶界強化和孿晶界強化。
　　 4.選取不同狀態(tài)的T2紫銅箔材包括電沉積銅箔和冷軋態(tài)銅箔以及不同溫度退火下的冷軋態(tài)箔材，對它們進行激光驅(qū)動飛片微拉深實驗。分析它們的成形深度、工件的對中心、材料的流動均勻性，得出如下結(jié)論:
　　 (1)未經(jīng)退火的