超声波辅助等径角挤压超细晶制备工艺及性能评估

发布时间：2017-09-08 07:14

  本文关键词：超声波辅助等径角挤压超细晶制备工艺及性能评估

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【摘要】：微机电系统(MEMS)在现在工业制造中起着很重要的角色,大量的应用于社会生活的各个方面,如生物医疗、电子通讯及航空航天等,使得微制件的需求增加,广泛应用反过来又要求其微成型材料技术往低成本、低能耗、高效率、高性能方向发展,因此其材料的制备也格外受关注。超细晶是现代材料科学的一个重要任务,通过设计控制材料的微观组织结构来充分发挥现有材料的性能潜力和发展新材料。金属材料是由大量尺寸、形状、取向各异的晶粒以及连接这些晶粒的内界面、晶界等所组成,其性能在很大程度上取决于单个晶粒、界面的性能以及二者的统计分布特征。超细晶材料因其结构特征具有良好的物理性能和机械性能。而实际制备的超细晶材料性能是否和理论相符,同时具有优良的性能也成为诸多学者关注的内容。ECAP(Equal Channel Angular Pressing)是一种有效的塑性加工方法,可使材料产生均匀的剧烈塑性变形,使其晶粒从微米级降至纳米级,同时加工前后材料的截面积和几何形状保持不变。目前,ECAP技术已在铝及铝合金、铜及其合金、铁、低碳钢等多种材料上得到应用,获得良好的效果,材料经ECAP细化后性能得到大幅度提升。自上世纪60年代起,超声波辅助金属塑性加工就被应用在金属成型的过程中,然而,到目前为止有关超声波高频振动对于ECAP的影响尚未见诸文献报道。基于超声振动高分子粉末成型原理的研究,以及对铜材的性能学习研究基础上,实验提出UV-ECAP(Ultrasonic Vibration-Assisted Equal Channel Angular Pressing)。选取纯铜做为研究对象,进行超声振动的ECAP制取超细晶铜材,考察了其材料力学性能和内部微结构演变,探讨超声波的高频振动对铜材料的ECAP成型的影响。大量试验制取UV-ECAP和常规ECAP工艺加工的超细晶铜材,并进行检测实验,验证的出该方法对铜材的性能有很大的提升,具有较好的研究价值和开发的前景。本文研究的主要内容包括:(1)本课题提出了UV-ECAP制取超细晶材料的工艺,将传统的ECAP加工方法的静挤压改为间歇性超声振动挤压。自形设计改造一套超声振动等径角挤压压力机,通过控制振动开关,就能进行ECAP或UV-ECAP加工铜材。加工的铜材晶粒细化到超细晶程度,验证ECAP挤压的可行性,为工业化生产提供一个的设计方案。(2)对超细晶铜材进行一系列的测试。背散射电子衍射分析技术EBSD(Electron Back Scattering Diffraetion)测试,结果表明ECAP和UV-ECAP方法均能制得的超细晶,通过两者对比分析进一步了解到,UV-ECAP处理的超细晶在尺寸上较常规的ECAP略有增大,但其大角度晶粒增多,这表面UV-ECAP制得的超细晶材料热稳定性较大的提升。差示扫描量热仪(DSC)测试进一步验证了这一点。热稳定性的提升,为超细晶材料的后续处理提升很大的处理空间,为UV-ECAP工业化生产提供巨大潜力。(3)研究了ECAP和UV-ECAP方法制得的超细晶力学拉伸测试,结果表明超细晶材料的力学性能优于普通铜材,延伸率有一定的下降,其综合性能要很大程度提升。对比两组实验的拉伸强度表明,两者的拉伸强度相差不大,这就意味着UV-ECAP方法得到的超细晶铜材,不仅提升了材料的稳定性而且对其拉伸强度有较大的提升,对比两组挤压载荷,进一步发现,UV-ECAP对挤压载荷有很大的消减,减小挤压力。
【关键词】：超细晶 超声振动挤压 ECAP UV-ECAP 背散射电子衍射分析技术(EBSD) DSC测试
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG379;TG146.11
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 制备超细晶的方法13-17
• 1.2.1 等径角挤压（ECAP）14-16
• 1.2.2 金属材料再结晶织构16-17
• 1.2.3 超细晶材料的性能研究17
• 1.3 选题依据及研究内容17-19
• 1.4 论文的主要工作19-20
• 第2章 实验过程及试样分析方法20-39
• 2.1 实验部分20-24
• 2.1.1 实验材料20-21
• 2.1.2 实验设备与仪器21-24
• 2.2 试验方法24-30
• 2.2.1 实验步骤24-26
• 2.2.2 ECAP变形及变形力26-28
• 2.2.3 ECAP挤压应变28-29
• 2.2.4 温度对ECAP超细晶的影响29
• 2.2.5 ECAP挤压速度对超细晶的影响29-30
• 2.3 试验样品分析检测方法30-38
• 2.3.1 力学性能试样制备及检测30-31
• 2.3.2 拉伸测试数据修正31-32
• 2.3.3 金相试样的制备及分析32-35
• 2.3.4 EBSD样品制备及检测35-36
• 2.3.5 DSC检测36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 实验结果分析39-54
• 3.1 挤压载荷39-44
• 3.1.1 挤压载荷对比分析39-42
• 3.1.2 挤压次数对ECAP载荷的影响42-43
• 3.1.3 模具角度对ECAP载荷的影响43-44
• 3.2 拉伸测数据处理与分析44-52
• 3.2.1 ECAP与UV-ECAP试样拉伸数据44-50
• 3.2.2 铜的ECAP中材料形变织构的分析50-52
• 3.3 本章小结52-54
• 第4章 UV-ECAP与常规ECAP54-63
• 4.1 ECAP与UV-ECAP挤压载荷对比54-55
• 4.2 ECAP与UV-ECAP试样EBSD测试对比分析55-58
• 4.3 UV-ECAP不同道次试样EBSD测试对比分析58-60
• 4.4 ECAP与UV-ECAP试样DSC测试热稳定性对比分析60-61
• 4.5 UV-ECAP与ECAP试样力学性能对比61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间的研究成果71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 唐志宏,黄伯云,周科朝,李志友,刘咏;超细晶材料制备新工艺——等径角挤压[J];粉末冶金材料科学与工程;2001年03期

2 石凤健,汪建敏,许晓静;等截面角形挤压的研究内容及现状[J];热加工工艺;2003年01期

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本文编号：812617