尺寸因素對金屬體積成形流變性能影響的多尺度研究.pdf

1、對金屬材料的體積成形而言,不同的特征尺寸或晶粒尺寸會對其流變行為帶來顯著影響,但現(xiàn)有研究大多將塑性變形過程進(jìn)行簡單的等比化處理,從而不能為生產(chǎn)實(shí)踐提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。本文以熱壓縮實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變曲線、加工圖以及晶體塑性理論,從宏觀和微觀的多尺度探討了坯料特征尺寸以及相對晶粒尺寸對流變行為的影響。首先進(jìn)行了TC4鈦合金的Gleeble熱壓縮實(shí)驗(yàn),得到了不同條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,以及變形溫度、應(yīng)變速率等因素對金屬流變性能的影響等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、;其次,嘗試從應(yīng)力應(yīng)變曲線、加工圖、微觀組織演變、多晶體特征尺寸、晶粒尺寸、變形織構(gòu)、摩擦等宏觀和微觀方面,多尺度探究體積成形中的尺寸效應(yīng)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①TC4合金在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)對應(yīng)變速率、變形溫度以及應(yīng)變均敏感。其中,流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率增大而增大、隨溫度升高而減小。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的預(yù)測模型對預(yù)測工作具有良好的容錯(cuò)和泛化性能,預(yù)測值能夠有效追蹤整個(gè)變形溫度和應(yīng)變速率范圍。由TC4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的加工圖判斷,材料加工

3、過程中的失穩(wěn)區(qū)主要集中在中低溫區(qū)域。應(yīng)變增加,失穩(wěn)區(qū)增大,并且高速率時(shí),局部發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,低速率時(shí),晶粒群局部出現(xiàn)未球化的α相,易失穩(wěn)。高溫低速率時(shí),α相球化效果顯著,出現(xiàn)一定數(shù)量的細(xì)小等軸組織和片狀組織,具有良好的綜合力學(xué)性能。②特征尺寸不同晶粒尺寸相同的試樣,隨著尺寸減小,對應(yīng)的峰值應(yīng)力增大,出現(xiàn)“越小越強(qiáng)”現(xiàn)象。材料尺寸不同,對應(yīng)的可加工區(qū)域也有所不同。③“越小越強(qiáng)”基于微觀組織演變的解釋為:大尺寸的試樣有相對更多的α相轉(zhuǎn)化為α

4、+β相,具有更多的滑移系,更小的變形抗力,對應(yīng)著更小的應(yīng)力。④“越小越強(qiáng)”基于晶體塑性理論的解釋為:特征尺寸不同晶粒尺寸相同的多晶體,尺寸較小時(shí),對應(yīng)的晶粒數(shù)目較少,晶體在變形過程中,應(yīng)變分布更加不均勻,從而在整體變形量較小時(shí),晶體局部區(qū)域產(chǎn)生了較大的應(yīng)變和應(yīng)力集中。⑤相同的多晶體,織構(gòu)強(qiáng)度增加,多晶體在變形初期對應(yīng)的屈服應(yīng)力和峰值應(yīng)力增大。具有變形織構(gòu)或摩擦的多晶體,同樣出現(xiàn)“越小越強(qiáng)”的尺寸效應(yīng),并且隨織構(gòu)強(qiáng)度或摩擦系數(shù)的增加,應(yīng)力