尺寸因素對(duì)金屬體積成形流變性能影響的多尺度研究.pdf

1、對(duì)金屬材料的體積成形而言,不同的特征尺寸或晶粒尺寸會(huì)對(duì)其流變行為帶來(lái)顯著影響,但現(xiàn)有研究大多將塑性變形過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的等比化處理,從而不能為生產(chǎn)實(shí)踐提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。本文以熱壓縮實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變曲線、加工圖以及晶體塑性理論,從宏觀和微觀的多尺度探討了坯料特征尺寸以及相對(duì)晶粒尺寸對(duì)流變行為的影響。首先進(jìn)行了TC4鈦合金的Gleeble熱壓縮實(shí)驗(yàn),得到了不同條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,以及變形溫度、應(yīng)變速率等因素對(duì)金屬流變性能的影響等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2、;其次,嘗試從應(yīng)力應(yīng)變曲線、加工圖、微觀組織演變、多晶體特征尺寸、晶粒尺寸、變形織構(gòu)、摩擦等宏觀和微觀方面,多尺度探究體積成形中的尺寸效應(yīng)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①TC4合金在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)變速率、變形溫度以及應(yīng)變均敏感。其中,流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率增大而增大、隨溫度升高而減小。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型對(duì)預(yù)測(cè)工作具有良好的容錯(cuò)和泛化性能,預(yù)測(cè)值能夠有效追蹤整個(gè)變形溫度和應(yīng)變速率范圍。由TC4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的加工圖判斷,材料加工

3、過(guò)程中的失穩(wěn)區(qū)主要集中在中低溫區(qū)域。應(yīng)變?cè)黾?失穩(wěn)區(qū)增大,并且高速率時(shí),局部發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,低速率時(shí),晶粒群局部出現(xiàn)未球化的α相,易失穩(wěn)。高溫低速率時(shí),α相球化效果顯著,出現(xiàn)一定數(shù)量的細(xì)小等軸組織和片狀組織,具有良好的綜合力學(xué)性能。②特征尺寸不同晶粒尺寸相同的試樣,隨著尺寸減小,對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)力增大,出現(xiàn)“越小越強(qiáng)”現(xiàn)象。材料尺寸不同,對(duì)應(yīng)的可加工區(qū)域也有所不同。③“越小越強(qiáng)”基于微觀組織演變的解釋為:大尺寸的試樣有相對(duì)更多的α相轉(zhuǎn)化為α

4、+β相,具有更多的滑移系,更小的變形抗力,對(duì)應(yīng)著更小的應(yīng)力。④“越小越強(qiáng)”基于晶體塑性理論的解釋為:特征尺寸不同晶粒尺寸相同的多晶體,尺寸較小時(shí),對(duì)應(yīng)的晶粒數(shù)目較少,晶體在變形過(guò)程中,應(yīng)變分布更加不均勻,從而在整體變形量較小時(shí),晶體局部區(qū)域產(chǎn)生了較大的應(yīng)變和應(yīng)力集中。⑤相同的多晶體,織構(gòu)強(qiáng)度增加,多晶體在變形初期對(duì)應(yīng)的屈服應(yīng)力和峰值應(yīng)力增大。具有變形織構(gòu)或摩擦的多晶體,同樣出現(xiàn)“越小越強(qiáng)”的尺寸效應(yīng),并且隨織構(gòu)強(qiáng)度或摩擦系數(shù)的增加,應(yīng)力