微细薄板尺度依赖的材料本构模型的构建(英文)

通过表面层理论和金属晶体塑性变形原理解释微细薄板材料在塑性变形中产生尺寸效应的内在机理。引入尺度参数,对经典的Hall-Petch公式进行修正,建立基于表面层模型理论的尺度依赖材料模型。利用所建立的材料模型分析微细薄板厚度及其晶粒尺寸对材料成形流动性能的影响。在晶粒尺寸一定的情况下,随着微细薄板厚度的减小,材料流动应力逐渐降低;晶粒尺寸越大的微细薄板,其流动变形的尺寸效应现象越明显。利用不同厚度的不锈钢和纯铜箔材的微细薄板拉伸真应力-应变曲线对所建立的材料模型进行验证,计算结果与实验结果比较吻合,验证了所建立的材料模型的合理性。     

基于表面层的微细薄板弯曲回弹预测建模与实验研究

基于微/介观材料尺度效应表面层模型,对薄板表面层材料和内部材料分层处理,在纯弯矩弯曲模型基础上,考虑受到表面层晶粒影响的材料本构尺度效应并引入薄板回弹计算,分别对表面层和内部材料进行分析求得弯曲弯矩,从而建立了考虑尺度效应的微细薄板弯曲回弹预测模型。为了讨论模型的准确性,对不同晶粒、不同介观尺度的纯铜薄板开展了弯曲回弹的实验研究,实验结果表明,对于同一厚度的试样,薄板弯曲回弹角随着试样晶粒尺寸的增大而减小,对于不同厚度而晶粒尺寸相近的试样,回弹角随着试样厚度的增大而减小。分别利用传统回弹模型和考虑尺度效应的预测模型计算了弯曲回弹角,与实验结果对比发现,本文建立的模型能更准确地预测介观条件下微细薄板弯曲回弹现象。     

晶体塑性模型分析微圆柱墩粗变形尺寸效应机理(英文)

为了分析单个晶粒变形行为对微成形的影响,将自由表面的晶粒看作单晶体构建晶体塑性模型。基于率相关晶体塑性理论,考虑试样尺寸、初始晶体取向及其分布,分析微圆柱体墩粗变形中尺寸效应机理。结果表明,流动应力随着试样尺寸的减小而明显减小,晶体取向的分布对试样流动应力具有显著影响,并随着塑性变形的进行而减小。由于单晶体的各向异性,在试样表层发生了明显的非均匀变形,这将导致表面粗糙度的增加,小尺寸试样则更加明显。过渡晶粒的存在使得晶粒各向异性对表面形貌的影响减小。模拟结果得到了实验验证,这表明所建立的模型适合于以尺寸依赖性、流动应力分散性和非均匀变形为特点的微成形工艺分析。     

基于晶体塑性有限元模型的异步轧制纯铜箔变形行为晶粒统计效应（英文）

采用一种真实的多晶集合体模型和晶体塑性有限元模型,研究异步轧制纯铜箔塑性变形晶粒统计效应。考虑局部硬化耗散作用,根据取向分布函数在取向空间中的分布规律将晶体取向分配给各个晶粒的单元积分点,建立弹塑性大变形条件下的相关多晶体塑性模型,并将其引入隐式有限元法。对非均匀材料流动、铜箔厚度一定时接触压力和轧制力随晶粒尺寸增加而降低的变形行为进行研究。结果表明,在箔材厚度方向上只有少数几个晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向不再均匀分布于箔材中,材料的变形行为主要受到单个晶粒变形行为的影响,从而导致非均匀变形及模拟和实验结果更加离散。研究变形过程中滑移系的启动过程,晶粒取向对滑移系的启动和滑移带的形成具有重要影响,预测结果与表面层模型一致。随着晶粒尺寸的增加,表层晶粒效应增大,更加有利于降低轧制力和激活表层晶粒内滑移系的开动。通过箔材轧制实验和模拟,可以更加深入地理解异步轧制极薄带微塑性变形的机理。     

考虑晶内异质性的微成形材料变形行为（英文）

采用实验和数值建模方法探究微成形中材料变形行为和晶粒变形行为的关系。拉伸实验结果表明,流动应力的离散度随厚度晶粒尺寸比(T/d)的减小而增大,这与流动应力的变化规律相反。显微硬度测试结果表明,每个晶粒都有其独特的变形行为且随机分布于试样中。含晶粒数量越少的试样越容易形成易变形区和发生变形集中现象。最后,建立了一个同时考虑晶粒尺寸、几何尺寸和个体晶粒变形行为的尺寸依赖模型,并通过对比实验证实了该模型的有效性和实用性。     

纯铜径向微压缩塑性变形行为尺寸效应

对不同晶粒尺寸的纯铜多晶体圆柱试样,开展径向微压缩试样。实验结果表明,随着晶粒尺寸的增大,成形力减弱,分散性增大,并出现不规则表面。提出了基于表层晶粒位错堆积的修正表层模型和基于标准偏差理论和晶粒尺寸分布的流动应力波动性公式,分析了微压缩变形中的成形力尺寸效应。从表层晶粒以旋转为主要变形模式的角度,讨论了表层晶粒非均匀塑性变形。与实验结果吻合很好。     

变形参数对AZ31B镁合金直齿圆柱齿轮热锻过程中变形和显微组织演变的影响（英文）

应用有限元模拟和统计分析方法研究变形参数对直齿圆柱齿轮成形过程中变形和显微组织演变的影响。将有限元方法与显微组织演化模型相集成建立了基于浮动凹模设计的齿轮成形有限元模型。采用Gleeble热力模拟实验和定量金相分析技术获得镁合金高温流动应力曲线和动态再结晶模型。数值模拟和实验检验表明,由于齿轮形状复杂,且坯料与模具间存在接触摩擦,齿轮各部位变形和显微组织存在不均匀现象。变形温度降低或者变形速率增加,有利于获得平均晶粒尺寸细小的组织,但是变形和显微组织不均匀性增大,其原因和流动应力曲线特征有关。     

尺寸效应对黄铜镦粗微成形影响规律的研究

微成形是微细加工技术群体中的一项技术。由于尺寸效应的影响，微成形比传统的塑性成形更为复杂。零件微型化导致的尺寸效应，使传统的塑性加工工艺不能直接应用于塑性微成形。在微成形过程中材料不能再被看作是均质的，且材料的流动变形规律由于尺寸效应的影响而表现得非常敏感。以H62黄铜（直径0．5～4．0mm）进行室温镦粗实验的结果表明：由于尺寸效应的影响，随着试样尺寸等比例减小，材料的流动应力呈明显的减小趋势，采用表面层模型对实验结果给予了详细深入的理论探讨。     

两种连续局部塑性成形工艺对锻件微观组织的影响

通过模拟分析与实验分析结合的方法,验证连续局部塑性成形微观组织演变有限元模型的正确性,采用该模型对42CrMo钢坯料辊锻过程中的组织晶粒度进行预报,研究42CrMo钢辊锻过程的奥氏体晶粒尺寸演化规律;对楔横轧变形过程中组织晶粒度变化进行研究,并对两种连续局部塑性成形后锻件组织晶粒度进行对比。研究结果表明,辊锻变形坯料P1、P2、P3处奥氏体晶粒尺寸实验结果与有限元预报结果吻合良好,晶粒尺寸变化为动态再结晶细化;楔横轧变形过程中,动态再结晶和奥氏体晶粒长大作用同时发生;通过对两种连续局部塑性成形得到的锻件微观组织进行比较,楔横轧锻件整体平均晶粒尺寸更加细小、均匀。     

不锈钢超薄板力学性能的尺度效应

为研究304不锈钢超薄板力学性能与试样尺寸、晶粒尺寸的相关性,应用自制的超薄板专用夹具进行拉伸试验,分析超薄板的厚度、晶粒尺寸对材料力学性能的影响。试验结果表明,随着试样厚度减小,材料的屈服强度先减小而后明显增大。这是因为,当试样厚度大于200μm时,表面层效应起主导作用;当试样厚度小于200μm时,应变梯度效应和表面层钝化膜共同作用。同一厚度下,改变试样的晶粒尺寸结果表明,当厚度尺寸和晶粒尺寸的比值小于2时,板料在厚度方向已没有内部晶粒,位错很容易滑移出自由表面,应力-应变曲线显著降低。