超声波辅助微挤压成形性能与微观组织演变规律

发布时间：2017-09-24 08:23

  本文关键词：超声波辅助微挤压成形性能与微观组织演变规律

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【摘要】：近年来,随着微型零件在通讯、电子、航天航空、汽车、精密器材等行业的广泛应用,市场对微型化、多功能一体化的零件的需求不断增加。净成形或近净成形的金属塑性成形,例如微挤压成形,其具有生产效率高,材料利用率高以及成形制品的机械性能好等优点,为大批量的制造微型零部件提供了很好的途径。然而由于尺寸效应的影响,使试件的成形摩擦力变大,成形性能降低。从高频振动在宏观塑性成形中的应用发现,运用超声振动辅助微塑性成形似乎是一个可以改善金属微塑性成形性能的有效方法。本文根据超声振动在宏观成形中所表现出的优点,将超声振动与微挤压成形相结合,研究其成形原理及尺寸效应。通过改变挤出直径D、晶粒尺寸L和超声波振幅A等工艺参数进行了一系列超声波辅助微挤压试验,用挤出高径比H/D作为材料成形能力的指标,分析超声振动对材料微成形性能和微观组织演变规律等的影响。通过研究超声波辅助微成形特点发现,超声波辅助微挤压过程中超声振动在坯料上产生的应力叠加效应和超声软化效应是材料成形性能得到改善、成形力降低的主要原因。与传统微挤压成形对比发现:超声振动有助于改善材料成形性能,并且T2紫铜的微成形能力随超声波振幅的增大而增大,而成形力则随之不断降低;超声波辅助微挤压中的摩擦状况也得到了改善。此外,超声振动并未改变晶粒度和挤出直径对坯料成形性能的影响变化规律。超声波辅助微挤压和传统微挤压中,相对晶粒尺寸L/D对H/D的影响规律曲线都同样分为三个区域:当L/D≤0.15时,随着L/D的增大,挤出直径减小,材料流动阻力变大。变形区晶粒数的减少导致晶粒间变形协调能力减弱,从而降低T2紫铜成形能力;当0.15L/D≤0.4时,变形区内的晶粒数减少至几个,晶粒变形协调能力降至最低,以致该范围内H/D值最小,并且试验重复性较差;当L/D0.4时,变形逐渐趋近单晶变形,晶界对变形的阻力降低,H/D逐渐增大。在XRD表征试验中发现,超声振动有助于晶粒转动,并且(1,1,1)晶面的织构系数随振幅的增大而增大。从微挤压试件的表面形貌和微观组织分析中发现:较于传统微挤压试样超声波辅助微挤压试样的表面质量明显有所改善,但是增大振幅并没有是使表面质量得到进一步的改善;在超声波辅助微挤压成形中,坯料的外层材料流动要快于内层,出现不同于传统微挤压的挤出端“端部凹型”现象;超声波辅助微挤压试件变形区的剪切带明显要宽与传统微挤压试件,并且剪切带的宽度随振幅的增大而增加。总之,利用超声波振动辅助塑性加工的方法来提高金属材料成形性能、精度和质量将是微塑性加工制造值得探索的新技术。
【关键词】：超声振动 微挤压 超声波振幅 微观组织 尺寸效应
【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】：TG376;TG663
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 微成形技术的发展现状及趋势10-13
• 1.1.1 微尺寸效应11-12
• 1.1.2 摩擦行为12-13
• 1.1.3 微体积成形应用研究13
• 1.2 超声振动塑性成形理论及应用13-16
• 1.2.1 超声振动塑性成形的两大效应14-15
• 1.2.2 超声振动体积成形应用研究15-16
• 1.3 超声波振动微体积成形16-17
• 1.4 研究的内容与意义17-18
• 第二章 超声波辅助微挤压成形试验及晶体变形机理18-25
• 2.1 试验方案18-19
• 2.2 试验装置及模具19-20
• 2.2.1 试验模具的设计19
• 2.2.2 试验设备19-20
• 2.3 试验试样的制备20-21
• 2.4 晶体塑性变形机理21-24
• 2.4.1 单晶体塑性变形机理21-23
• 2.4.1.1 滑移22
• 2.4.1.2 孪生22-23
• 2.4.2 多晶体塑性变形机理23-24
• 2.4.2.1 多晶体塑性变形的特点23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 超声波辅助微挤压成形的尺寸效应25-44
• 3.1 超声波辅助挤压成形原理研究25-28
• 3.2 挤出直径对超声波辅助微成形性能的影响28-30
• 3.2.1 挤出直径对微挤压成形规律的影响28-29
• 3.2.2 挤出直径对微挤压成形力的影响29-30
• 3.3 晶粒尺寸对超声波辅助微成形性能的影响30-33
• 3.3.1 晶粒尺寸对微挤压成形规律的影响30-31
• 3.3.2 晶粒尺寸对微挤压成形力的影响31-33
• 3.4 超声波振幅对微挤压成形的影响33-39
• 3.4.1 超声波振幅对紫铜微挤压成形能力的影响33-36
• 3.4.2 超声波振幅对紫铜微挤压成形能力的影响36-37
• 3.4.3 超声波振幅对紫铜微挤压成形中摩擦的影响37-39
• 3.5 相对晶粒尺寸对超声波辅助微成形性能的影响39-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 超声波辅助微挤压件表面形貌与微观组织44-54
• 4.1 高频振动对试件形貌的影响44-47
• 4.1.1 对试件表面质量的影响44-45
• 4.1.2 对挤出试件端部的影响45-47
• 4.2 超声波辅助微挤压成形中材料流动的研究47-53
• 4.2.1 振幅对材料流动的影响47-50
• 4.2.2 相对晶粒尺寸对材料流动的影响50-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-57
• 5.1 总结54-55
• 5.2 展望55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士学位期间的研究成果63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：910360