微米金属丝循环扭转特性实验研究
发布时间：2020-12-20 00:44
近年来,随着微机电系统、磁存储介质和微型医疗器械的快速发展,特征尺寸在微米量级的构件得到了广泛使用。在实际应用中,微构件的破坏往往与复杂多变的循环载荷有关。目前关于微尺度材料在循环扭转下的力学行为实验研究还十分匮乏,因此深入开展相关实验研究将对微构件的设计和性能优化具有重要指导意义。本文采用课题组开发的微纤维扭转实验装置,分别对直径50μm、35μm、20μm的多晶铜丝进行了循环扭转力学特性实验研究。本文主要的研究内容和成果如下:（1）对直径50μm铜丝进行了应变幅值为0.66%至2.2%的对称循环扭转实验,结果表明:铜丝在对称循环下呈现循环硬化行为,且硬化程度随应变幅值的增大而增加。根据位错增殖以及滑移规律对实验现象进行了分析。（2）对直径50μm铜丝进行了不同初始应变、应变幅值和应变速率下的非对称循环扭转实验,结果表明:实验初期,平均规范化扭矩松弛较快,一定周次后达到饱和;随着初始应变越大、应变幅值或应变速率越小,平均规范化扭矩松弛越快、饱和越慢。通过分析位错与晶界的相互作用,对松弛行为进行了讨论。（3）对直径50μm铜丝进行不同热处理工艺,得到三种不同晶粒尺寸试样。分别对其进行单...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多晶材料晶粒尺寸与强度关系：Hall-Petch关系和反Hall-Petch关系
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 是剪切模量，crss 是分解剪切应力，d 是微柱直径，b 是 Burgers 矢量的律的斜率， A是常数。对于 FCC 金属， =0.71， = -0.66。实验方面的了人们对其物理机制的探索。迄今为止，先后提出了各种物理机制，如位制[7]、位错源截断机制[8]、位错源耗尽机制[27]等。对于位错饥饿引起的尺度r 等[12]认为微柱在初始屈服后，试样内部新产生的位错立即滑出试样表面位错缺乏，从而导致位错源形核需要更高的外部载荷。这个机制在离散位位透射电子显微镜[29]研究中得到证实。除了以上的机制外，最近 Dunsby 等[30]认为试样内的位错源形核需要一定的空间，如果试样尺寸较小，位将变难，从而引起了较高的强度。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文度。传统理论认为材料发生塑性变形时，位错源形核产生的位错向前运动并与晶界发生相互作用（如吸收、塞积）是材料加工硬化的原因，但在微尺度下，许多控制块体材料的变形机制已被证明无效。为了解释微尺度下应变梯度产生的尺度效应，Fleck[3]提出了应变梯度塑性理论。该理论认为，为调节晶格曲率而产生的几何必需位错（Geometrically Necessary Dislocations，GNDs）会阻碍统计学储存位错（Statistically Stored Dislocations，SSDs）的运动，从而增强材料的加工硬化。在薄膜弯曲和细丝扭转中，几何必需位错向试样中心聚集，这在离散位错动力学和分子动力学研究[31-34]中得到证实。研究表明在非均匀变形中，几何必需位错产生的附加强化是引起尺度效应的微观物理机制[2,3,5,18,19,35]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微米尺度铜键合丝疲劳性能研究[J]. 赵爽,赵子华,雷鸣,叶桁,祁凤彩. 机械工程学报. 2016(18)
博士论文
[1]微米尺度金属丝反常塑性行为实验与理论研究[D]. 刘大彪.华中科技大学 2014
[2]小尺度材料力学行为的尺度效应及其离散位错动力学机制[D]. 范海冬.华中科技大学 2012
本文编号：2926875
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多晶材料晶粒尺寸与强度关系：Hall-Petch关系和反Hall-Petch关系
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 是剪切模量，crss 是分解剪切应力，d 是微柱直径，b 是 Burgers 矢量的律的斜率， A是常数。对于 FCC 金属， =0.71， = -0.66。实验方面的了人们对其物理机制的探索。迄今为止，先后提出了各种物理机制，如位制[7]、位错源截断机制[8]、位错源耗尽机制[27]等。对于位错饥饿引起的尺度r 等[12]认为微柱在初始屈服后，试样内部新产生的位错立即滑出试样表面位错缺乏，从而导致位错源形核需要更高的外部载荷。这个机制在离散位位透射电子显微镜[29]研究中得到证实。除了以上的机制外，最近 Dunsby 等[30]认为试样内的位错源形核需要一定的空间，如果试样尺寸较小，位将变难，从而引起了较高的强度。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文度。传统理论认为材料发生塑性变形时，位错源形核产生的位错向前运动并与晶界发生相互作用（如吸收、塞积）是材料加工硬化的原因，但在微尺度下，许多控制块体材料的变形机制已被证明无效。为了解释微尺度下应变梯度产生的尺度效应，Fleck[3]提出了应变梯度塑性理论。该理论认为，为调节晶格曲率而产生的几何必需位错（Geometrically Necessary Dislocations，GNDs）会阻碍统计学储存位错（Statistically Stored Dislocations，SSDs）的运动，从而增强材料的加工硬化。在薄膜弯曲和细丝扭转中，几何必需位错向试样中心聚集，这在离散位错动力学和分子动力学研究[31-34]中得到证实。研究表明在非均匀变形中，几何必需位错产生的附加强化是引起尺度效应的微观物理机制[2,3,5,18,19,35]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微米尺度铜键合丝疲劳性能研究[J]. 赵爽,赵子华,雷鸣,叶桁,祁凤彩. 机械工程学报. 2016(18)
博士论文
[1]微米尺度金属丝反常塑性行为实验与理论研究[D]. 刘大彪.华中科技大学 2014
[2]小尺度材料力学行为的尺度效应及其离散位错动力学机制[D]. 范海冬.华中科技大学 2012
本文编号：2926875
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