管状样品高压剪切变形研究
发布时间：2020-12-03 04:21
剧烈塑性变形法（Severe Plastic Deformation,SPD）,因其优异的晶粒细化效果,成为制备块体超细晶/纳米晶材料的重要技术途径。等径角变形（Equal-channel Angular Pressing,ECAP）、高压扭转（High Pressure Torsion,HPT）和累积轧制复合（Accumulative Roll-Bonding,ARB）是最具代表性的剧烈塑性变形方法。其中ECAP具有样品尺寸容易放大（Scaling up）的优势;但晶粒细化效果不如HPT,而且多道次操作,加工效率较低。HPT基于高静水压力下的回转运动,单一道次即可获得很大的应变量从而取得显著的细化晶粒效果;但样品尺寸小,且规模难放大。ARB不需要专用模具,可用工业轧机实现;但制备的样品质量严重依赖轧制复合界面的结合质量,ARB过程中所有的结合界面均在轧制复合前暴露于外环境,受污染风险高,多道次加工时需要繁琐、重复的表面清理。即便解决了表面污染问题,样品的最后一个复合界面（位于板厚中心位置）只经过一道次轧制,保证其结合质量是一个很大的挑战。因此,领域内期待着可以集上述几种方法之优点、抑...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）?１９４６年诺贝尔物理学奖获得者Ｂｒｉｄｇｍａｎ教授和他的第一台“ＨＰＴ”设备｜１８］；?（ｂ）扭??１１９１??
本节将着重介绍这三种方法的基本原理。??①高压扭转（Ｈｉｇｈ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｔｏｒｓｉｏｎ，ＨＰＴ）??ＨＰＴ的原理如图１．２［３７］所示，薄盘状样品位于两个分别成为上砧头和下砧头的刚性模??具之间；通过模具对样品施加轴向压力Ｐ，使得样品获得高静水压力的同时，其上、下??两个端面分别与上、下砧头保持黏着；通过上、下砧头之间的相互转动，在样品上获得??剪切（扭转）变形。??ＨＩＨＨ??图１．２高压扭转（ＨＰＴ）原理示意图［３７］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＨＰＴ｜３７］??根据模具几何构造（模具对样品的约束情况），共有三种ＨＰＴ，分别是无约束ＨＰＴ、??全约束ＨＰＴ和半约束ＨＰＴ，如图１．３?ａ－ｃ所示［３８］。这三种ＨＰＴ在进行操作时样品的横向流??动程度不同，无约束ＨＰＴ?（如图１．３ａ）的砧头为平面，材料的自由流动不受模具约束，??完全依靠接触面摩擦力自锁。因此，在操作时样品减薄很严重。全约束ＨＰＴ?（如图１．３ｂ），??样品放置于下砧头的圆形凹槽内，凹槽形状与样品一致，上砧头上的压头压入该凹槽，??在进行操作时
ＨＰＴ１３８１??ＨＰＴ扭转（剪切）应变的解析是其原理的重要组成部分，Ｚｈｉｌｙａｅｖ等人给出了基于??几何参数的应变计算公式。对圆盘样品进行高压扭转时应变量的几何分析如图１．４所示??［４Ｇ１，假设圆盘的扭转角度产生一个微小增量洲，那么在半径ｒ处所发生的位移就可以用??ｄ／＝ｒｄ０表示。根据剪应变的定义，剪应变的微小增量ｄｙ的表达式为：??＝?＾?＝?（１．１）??ｈ?ｈ??其中，／；为圆盘厚度。??如果假设样品厚度不随转动角度＾的增加而发生改变，对微分方程式１．１进行求解可??得：??ｒ?■０?ｒ?■?２ｎＮ?，１－１、??ｙ?—?＝??＼?＼?．１?）??ｈ?ｈ??其中，ＴＶ为ＨＰＴ的转动圈数。??ＨＰＴ时，样品的变形模式为简单切变，不同于诸如乳制、挤压、拉拔等工艺。由于??不同加工方法彼此之间变形模式均不相同
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Impurity on Microstructure and Hardness in Pure Al Subjected to Dynamic Plastic Deformation at Cryogenic Temperature[J]. F. Huang, N.R. Tao and K. Lu Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(07)
[2]Effects of Strain Rate and Deformation Temperature on Microstructures and Hardness in Plastically Deformed Pure Aluminum[J]. F. Huang, N.R. Tao and K. Lu Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(01)
[3]高温高压下通过石墨直接转化合成的纯聚晶金刚石[J]. 胡娟. 超硬材料工程. 2006(05)
[4]BELT装置硬质合金顶锤的结构优化[J]. 王强,蔡冬梅,赵东. 重型机械. 2004(01)
本文编号：2895985
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）?１９４６年诺贝尔物理学奖获得者Ｂｒｉｄｇｍａｎ教授和他的第一台“ＨＰＴ”设备｜１８］；?（ｂ）扭??１１９１??
本节将着重介绍这三种方法的基本原理。??①高压扭转（Ｈｉｇｈ?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?Ｔｏｒｓｉｏｎ，ＨＰＴ）??ＨＰＴ的原理如图１．２［３７］所示，薄盘状样品位于两个分别成为上砧头和下砧头的刚性模??具之间；通过模具对样品施加轴向压力Ｐ，使得样品获得高静水压力的同时，其上、下??两个端面分别与上、下砧头保持黏着；通过上、下砧头之间的相互转动，在样品上获得??剪切（扭转）变形。??ＨＩＨＨ??图１．２高压扭转（ＨＰＴ）原理示意图［３７］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＨＰＴ｜３７］??根据模具几何构造（模具对样品的约束情况），共有三种ＨＰＴ，分别是无约束ＨＰＴ、??全约束ＨＰＴ和半约束ＨＰＴ，如图１．３?ａ－ｃ所示［３８］。这三种ＨＰＴ在进行操作时样品的横向流??动程度不同，无约束ＨＰＴ?（如图１．３ａ）的砧头为平面，材料的自由流动不受模具约束，??完全依靠接触面摩擦力自锁。因此，在操作时样品减薄很严重。全约束ＨＰＴ?（如图１．３ｂ），??样品放置于下砧头的圆形凹槽内，凹槽形状与样品一致，上砧头上的压头压入该凹槽，??在进行操作时
ＨＰＴ１３８１??ＨＰＴ扭转（剪切）应变的解析是其原理的重要组成部分，Ｚｈｉｌｙａｅｖ等人给出了基于??几何参数的应变计算公式。对圆盘样品进行高压扭转时应变量的几何分析如图１．４所示??［４Ｇ１，假设圆盘的扭转角度产生一个微小增量洲，那么在半径ｒ处所发生的位移就可以用??ｄ／＝ｒｄ０表示。根据剪应变的定义，剪应变的微小增量ｄｙ的表达式为：??＝?＾?＝?（１．１）??ｈ?ｈ??其中，／；为圆盘厚度。??如果假设样品厚度不随转动角度＾的增加而发生改变，对微分方程式１．１进行求解可??得：??ｒ?■０?ｒ?■?２ｎＮ?，１－１、??ｙ?—?＝??＼?＼?．１?）??ｈ?ｈ??其中，ＴＶ为ＨＰＴ的转动圈数。??ＨＰＴ时，样品的变形模式为简单切变，不同于诸如乳制、挤压、拉拔等工艺。由于??不同加工方法彼此之间变形模式均不相同
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Impurity on Microstructure and Hardness in Pure Al Subjected to Dynamic Plastic Deformation at Cryogenic Temperature[J]. F. Huang, N.R. Tao and K. Lu Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(07)
[2]Effects of Strain Rate and Deformation Temperature on Microstructures and Hardness in Plastically Deformed Pure Aluminum[J]. F. Huang, N.R. Tao and K. Lu Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(01)
[3]高温高压下通过石墨直接转化合成的纯聚晶金刚石[J]. 胡娟. 超硬材料工程. 2006(05)
[4]BELT装置硬质合金顶锤的结构优化[J]. 王强,蔡冬梅,赵东. 重型机械. 2004(01)
本文编号：2895985
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