激光驱动飞片微拉深成形试验及微观塑性变形机理研究
  • 【摘要】

    随着电子产品、生物、医疗器械以及微机电系统(MEMS)的迅速发展,使得微器件的需求量不断增加,与之相关的微金属零部件的微成形加工技术也显得越来越重要。本文在国家自然基金项目“强脉冲激光驱动飞片加载金属箔板微成形基础研究”(GrantNo.51175235)的支持下,基于三种典型材料纯钛、304不锈钢和T2紫铜箔材进行激光驱动飞片微拉深成形实验,研究微成形件的成形性能、机械性能、晶粒细化机制及微观强... 展开>>随着电子产品、生物、医疗器械以及微机电系统(MEMS)的迅速发展,使得微器件的需求量不断增加,与之相关的微金属零部件的微成形加工技术也显得越来越重要。本文在国家自然基金项目“强脉冲激光驱动飞片加载金属箔板微成形基础研究”(GrantNo.51175235)的支持下,基于三种典型材料纯钛、304不锈钢和T2紫铜箔材进行激光驱动飞片微拉深成形实验,研究微成形件的成形性能、机械性能、晶粒细化机制及微观强化机制,同时探讨退火对成形性能的影响。获得了以下主要结论和成果:
       1.对激光驱动飞片微拉深成形进行试验,研究不同材料和激光能量对工件成形效果的影响。试验结果表明激光驱动飞片微拉深工件具有良好的成形效果,箔材流动均匀,同时材料本身对成形性能影响很大。工件成形性能提高是由于惯性效应和应变率引起的材料本构行为变化两种机制。工件的失效的两种机制是层裂和绝热剪切带内亚微米、微米级空洞的成核、生长、聚集和扩展形成裂纹,最终导致破裂。
       2.对微拉深件表面进行纳米压痕测试,试验结果表明纯钛和T2紫铜微成形件的硬度大大提高,硬度从边缘到中心有增加的趋势,中心硬度提高了6倍以上。弹性模量也大大增加,提高机制可能是激光冲击能够使表层结构更加致密,降低表层材料的孔隙率。304不锈钢由于原材是冷轧态,硬度分布没有规律。
       3.通过采用OM和TEM测试技术,对不同激光能量作用下成形件中的微观组织进行表征,分析其中的微观组织演化过程和晶粒细化机制,并对其表面硬度提高的微观强化机制进行研究,得出结论如下:
       (1)对于纯钛微拉深件,在成形件中发现了尺寸为80纳米左右的细化晶粒,晶粒细化通过下列过程完成:形变孪晶→位错缠结、位错胞→亚晶粒。微观强化机制是位错强化和晶界强化。
       (2)对于304不锈钢微拉深件,原材和微成形件中的微观组织区别不大,这是因为原材是冷轧态,内部组织本身就形貌各异,这也是导致工件表面纳米硬度分布没有规律的原因。
       (3)对于T2紫铜微拉深件,在其中发现了尺寸为30纳米左右的细化晶粒,细化晶粒产生的原因如下:1)在工件边缘附近,位错运动产生细化晶粒。位错线、位错缠结→位错胞→亚晶粒;2)在靠近工件中心部位,形变孪晶破碎、孪晶相交→细化晶粒。微观强化机制为晶界强化和孪晶界强化。
       4.选取不同状态的T2紫铜箔材包括电沉积铜箔和冷轧态铜箔以及不同温度退火下的冷轧态箔材,对它们进行激光驱动飞片微拉深实验。分析它们的成形深度、工件的对中心、材料的流动均匀性,得出如下结论:
       (1)未经退火的电沉积铜内部组织虽然为超细晶组织,但由于原材存在残余内应力,成形性能并不是很好,冷轧态箔材由于原材为纤维组织,成形能力也不高。
       (2)退火对冷轧态箔材成形能力的提高具有重要作用,成形能力的增加与再结晶和表面层效应有关,也是微尺度效应的一种体现。
       本文的研究为以后的激光驱动飞片微拉深成形工艺的实际应用提供理论和试验指导。 收起<<

  • 【作者】

    胡杨 

  • 【学科专业】

    机械制造及其自动化

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    江苏大学

  • 【导师姓名】

    刘会霞

  • 【学位年度】

    2013

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    激光驱动飞片  微拉深成形  细化机制  塑性变形  纳米硬度  透射电镜