切削法制备超细晶材料研究进展与展望

综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响,分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等,探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中,材料受低应力高速、高频撞击的影响,会发生严重的塑性变形,表面大尺寸的晶粒得到细化,同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构,进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合,高效制备具有功能微结构的超细晶材料,为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。     

表面纳米化对材料性能影响的研究进展与展望

工程零部件失效常源于表面,微组织结构显著影响甚至决定工程零部件使役性能,表面纳米化技术可诱导材料微组织结构变化产生纳米晶结构表面层,增大表层残余压应力,对材料性能有极其重要的影响。首先综述了表面纳米化诱导微组织结构变化的过程及机理,诱导材料产生晶粒细化、位错运动、残余压应力增大、相变等微观变化,诱因有塑性变形、温度变化、元素渗入等。其次归纳了表面纳米化对材料性能的影响及其机理,上述微观变化对材料疲劳强度、耐腐蚀性、摩擦磨损性能、生物学性能等产生显著影响。总结了各个典型表面纳米化工艺的特点,相比于其他表面纳米化技术,超声振动辅助加工具有不需引入其他元素、不污染环境、原理简单、高速高质量、成本低廉、可依托于各种传统加工工艺等优势,对材料摩擦磨损性能、疲劳性能、生物学性能、表面浸润性和耐腐蚀性等具有积极作用。最后对表面纳米化工艺的未来发展做了展望,其中针对性分析了超声振动辅助加工。针对纳米晶结构表面层的数字化仿真模拟极其匮乏这一现状,将模拟仿真与试验相结合,分析微组织结构与加工参数、微组织结构与材料性能的映射关系并建立模型直观反映尚需更全面系统的研究。材料的某些性能可能不会同时达到最优值,依...     

表面微结构对材料性能影响的研究现状与展望

生物体表微结构具有提高减摩减阻性能、改变表面浸润性及形成结构色等功能,对生物体表面微结构的研究为微结构材料的发展提供了导向和依据。常用的微结构制造方法有激光加工、刻蚀、压塑成型法及超声振动辅助加工等,通过在材料表面制备微结构进而改善材料的减摩减阻性、表面浸润性、密封性及承载能力等。超声振动辅助加工技术通过产生高频振动冲击在材料表面制备出具有一定参数的微结构,振幅、频率、相位角等超声参数以及进给速度、主轴转速及切削深度等加工参数决定了微结构形貌,超声振动辅助加工技术具有可与各种传统加工技术复合、成本低廉、简单高效及不污染环境等优势。     

刀具前角对超声复合加工成形切屑组织与性能的影响

超细晶纯铜作为重要的基础材料和功能材料成为当前金属材料的研究热点，本工作在大应变挤压-切削法(Large strain extrusion machining, LSEM)的基础上提出超声复合切削法(Ultrasonic compound cutting, UCC)来制备超细晶纯铜。超声复合切削中刀具前角是影响切屑应变、晶粒尺寸、位错密度及性能的关键要素，为了研究刀具前角对纯铜切屑组织和性能的影响，基于ABAQUS软件建立超声复合切削三维有限元模型，分析切削变形区等效应变、等效应变率和切削温度的变化；设计单因素试验，分析刀具前角和超声振动对切屑微观组织、位错密度和显微硬度的影响。结果表明：随着刀具前角的增加，等效应变和切削温度逐渐减小，等效应变率会先增大后减小。与LSEM切屑相比，加入超声振动后切屑晶粒细化程度和位错密度均提高，硬度增加5%。当刀具前角为30°时，切屑晶粒由粗晶细化至亚微米级拉长晶，宏观硬度从基体的92.5HV提高至131.8HV;当刀具前角为15°时，晶粒进一步细化为等轴细晶，位错密度为1.14×10¹³m^-2,硬度提高至1...