磷青铜薄板的微塑性成形尺度效应研究

发布时间：2017-08-11 10:22

  本文关键词：磷青铜薄板的微塑性成形尺度效应研究

  更多相关文章： C5210磷青铜 尺度效应 断口形貌 微弯曲 回弹

【摘要】：随着微机电系统的快速发展,微型件在整个微机电装备制造业的应用越来越广泛,微塑性成形技术作为一种新的微细加工方法被工业界高度重视。当零件某一尺寸减小到一定程度时,材料力学性能呈现出明显的尺度效应,成形工艺参数也随之发生明显变化,这对微塑性成形技术的发展具有很大影响。因此,系统的研究金属薄板在微塑性成形中的尺度效应具有重要意义。本文以C5210磷青铜薄板(50~800μm)为微塑性成形尺度效应研究对象,通过试验研究了试样厚度、宽度及晶粒尺寸对材料屈服强度、弹性模量、延伸率等参数的影响规律。研究结果表明:厚度在50~800μm,屈服强度随厚度减小而增大,表现出“越小越强”的尺度效应,延伸率和应变硬化指数与厚度成正比;屈服强度和延伸率随宽度减小而减小,表现出“越小越弱”的尺度效应;屈服强度随晶粒尺寸增大而减小且满足Hall-Petch关系,延伸率随晶粒尺寸增大表现出先增大后减小趋势,应变硬化指数与晶粒尺寸成正比;试样厚度与晶粒尺寸对材料的弹性模量几乎没有影响。采用扫描电镜对拉伸试样断口形貌进行了观察分析,研究磷青铜薄板延伸率尺度效应机理。得出如下结论:随着厚度由50μm增大到250μm,韧窝密集度和尺寸增大,延伸率由18.2%增大到24.1%;随着晶粒尺寸增大,韧窝尺寸和断面收缩增大,厚度为100μm试样,晶粒尺寸为28.72μm时延伸率达到峰值29.2%,当晶粒尺寸继续增大,韧窝密集度和尺寸将变小,延伸率下降。在对C5210磷青铜力学等性能尺度效应研究基础上,采用ABAQUS有限元仿真软件对磷青铜薄板微弯曲成形过程及回弹进行了模拟分析,得到了弯曲半径、坯料厚度、晶粒尺寸对回弹影响规律。随着弯曲半径增大和坯料厚度减小,回弹增大,并且在厚度小于100μm时,随着厚度减小,回弹增大明显,表现出回弹与厚度减薄的尺度效应;随着晶粒尺寸增大,回弹减小。其中坯料厚度对回弹影响最大,随着坯料厚度减小,回弹明显增大。基于微弯曲回弹尺度效应数值模拟分析,对磷青铜薄板又进行了不同弯曲半径、不同坯料厚度及不同晶粒尺寸的微弯曲试验研究,获得的弯曲半径、坯料厚度及晶粒尺寸对弯曲件回弹的影响规律与模拟结果基本一致。本文获得的磷青铜薄板力学等性能参数尺度效应及微弯曲回弹尺度效应可以为微塑性成形提供参考依据。
【关键词】：C5210磷青铜 尺度效应 断口形貌 微弯曲 回弹
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-32
• 1.1 引言15-16
• 1.2 塑性微成形尺度效应研究现状16-22
• 1.2.1 薄板力学性能的尺度效应16-19
• 1.2.2 摩擦尺度效应19-21
• 1.2.3 尺度效应的机理21-22
• 1.3 塑性微成形的数值模拟研究现状22-24
• 1.4 板料塑性微成形工艺研究现状24-30
• 1.4.1 超薄板拉伸24-25
• 1.4.2 微冲裁25-26
• 1.4.3 微拉深26-27
• 1.4.4 微弯曲27-30
• 1.5 本课题研究的内容及目的和意义30-32
• 第二章 C5210 磷青铜薄板力学性能的尺度效应试验研究32-51
• 2.1 引言32
• 2.2 C5210 磷青铜薄板的热处理试验32-37
• 2.2.1 试验材料与热处理工艺32-33
• 2.2.2 材料组织观察33-36
• 2.2.3 热处理结果及分析36-37
• 2.3 C5210 磷青铜薄板的拉伸试验37-48
• 2.3.1 拉伸试样的制备与拉伸设备的选择37-39
• 2.3.2 拉伸试验研究方案的设计39
• 2.3.3 拉伸试验结果与分析39-48
• 2.4 C5210 磷青铜薄板拉伸试样的断口分析48-50
• 2.4.1 厚度对断口形貌的影响48-49
• 2.4.2 晶粒尺寸对断口形貌的影响49-50
• 2.5 本章小结50-51
• 第三章 C5210 磷青铜薄板微弯曲回弹尺度效应数值模拟分析51-61
• 3.1 引言51
• 3.2 微弯曲成形有限元数值模拟模型的建立51-53
• 3.2.1 几何模型的构建51-52
• 3.2.2 C5210 磷青铜薄板性能参数52-53
• 3.2.3 网格的划分与单元类型的选择53
• 3.2.4 边界条件设置及各分析步加载过程53
• 3.3 微弯曲成形有限元数值模拟结果与分析53-60
• 3.3.1 弯曲半径对回弹的影响54-56
• 3.3.2 坯料厚度对回弹的影响56-57
• 3.3.3 晶粒尺寸对回弹的影响57-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 C5210 磷青铜薄板微弯曲回弹尺度效应试验研究61-71
• 4.1 引言61
• 4.2 微弯曲试验条件61-63
• 4.2.1 微弯曲试验设备61-62
• 4.2.2 微弯曲模具设计与制造62-63
• 4.3 微弯曲试验方案设计63-64
• 4.4 微弯曲试验结果与分析64-70
• 4.4.1 微弯曲回弹角的测量64-65
• 4.4.2 弯曲半径对磷青铜薄板微弯曲回弹的影响65-67
• 4.4.3 坯料厚度对磷青铜薄板微弯曲回弹的影响67-69
• 4.4.4 晶粒尺寸对磷青铜薄板微弯曲回弹的影响69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-74
• 5.1 总结71-73
• 5.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请的专利80

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