超聲激勵下介觀尺度純鈦塑性流動機理研究及超聲輔助微針陣列成形.pdf

1、隨著現代工業(yè)制成品日益微型化，微塑性成形技術在微型零件制造方面表現出巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是，介觀尺度下發(fā)生的諸多尺寸效應現象、工件尺寸特征的微型化使得工藝設計和模具設計更加復雜。為了解決微塑性成形中工件成形困難的問題，本文引入了超聲振動輔助微塑性成形的方式來改善工件的成形質量。材料的塑性變形過程中施加超聲振動會產生材料軟化等一系列宏觀、微觀現象，但是目前在超聲振動對材料塑性流動影響機理研究方面，大多數研究集中于超聲振動產生的流動應力下降現

2、象，關于超聲振動對材料微觀結構演化的研究卻很少，超聲振動對材料塑性流動影響的微觀物理機理仍不明確。
　　本文設計搭建了一套諧振頻率20KHz、額定功率1200W的超聲振動試驗系統(tǒng)裝置。使用該試驗裝置研究了應變速率、晶粒尺寸、試樣尺寸和超聲振幅對超聲振動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條件下介觀尺度純鈦的本構模型；其次通過SEM技術分析了變形后試樣的微觀形貌，使用EBSD技術分析了變形

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對材料“軟化”效應的微觀機理；設計了微針陣列鐓擠復合成形模具，初步研究了超聲振動對微針陣列成形質量的影響。
　　通過對純鈦微圓柱體試驗結果的分析，本文所研究的應變速率和晶粒尺寸對介觀尺度純鈦塑性變形的影響不顯著；材料流動應力隨試樣尺寸減小而增大，隨超聲振幅增加而減小。通過對壓縮后試樣微觀形貌的分析，發(fā)現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

4、面由較光順的弧面變得凹凸不平，說明隨著試樣尺寸的減小材料的非均勻變形程度增加。通過對不同壓下量時無超聲振動和施加超聲振動壓縮后試樣的孿晶分布分析，發(fā)現隨著壓下量的增加，試樣中孿晶的體積分數增加，說明材料需要不斷產生孿晶協調變形的進行；在兩種壓下量條件下，施加超聲振動的試樣的孿晶界長度均小于沒有施加超聲振動的試樣的孿晶界長度，可知施加超聲振動后的試樣在相同壓下量條件下所需的孿晶數減小，說明超聲振動促進了位錯運動，使得材料發(fā)生“軟化”。