材料参数对轧制态CuAl合金室温力学性能尺寸效应的影响文献综述

 2022-11-27 15:39:38

文 献 综 述

1引言

微成形是大批量、 低成本地生产微型零部件的一种很有发展前景的方法[1]. 但是随着工件尺寸的减小,试样几何特征尺寸处于亚毫米级时,其力学性能不同于常规尺寸的,即存在尺寸效应。现有两种截然相反的尺寸效应:尺寸越小强度越低,或者尺寸越小强度越高。弱式尺寸效应造成基于常规试样力学性能设计的零件不能满足服役要求,而强式尺寸效应在零件满足服役要求的基础上可进一步提高安全性。

因为存在尺寸效应,常规塑性成形的工艺设计和模具设计方法以及设计参数都不能直接应用于微成形。而调控零件尺寸效应可保证零件各部分强度更匹配,避免应力集中,提高服役可靠性[2]。因此尺寸效应的研究成为微成形工艺研究的基础,其对提高零件的安全性具有重要意义,

材料的各项力学性能和尺寸效应是由加工硬化系数、屈服强度和层错能等材料参数决定的,参数不同的同种材料,具有不同的材料微观结构和力学行为。本文将在前人研究基础上, 进一步探讨材料参数对材料力学性能尺寸效应的影响机理[3],分析不同参数对材料强塑性匹配的作用,以期实现尺寸效应的调控。

2 材料参数

2.1材料的加工硬化

加工硬化是指金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高,而塑性和韧性降低的现象[4]。又称冷作硬化。产生原因是,金属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,金属内部产生了残余应力等。加工硬化指数表征材料均化变形的能力,也就是均匀塑性变形的能力。硬化率可以在一定程度上反应加工硬化的能力,因为硬化率越高,说明加工硬化越敏感。

2.2层错能

产生单位面积的层错所需的能量。几种fcc金属的层错能(10-3J/ m2)为:Au(10),Ag(29),Pb(24.5), Cu(163),Ni(300),Al(238)。晶体中层错的出现对滑移起干扰作用,层错能越高,出现层错的几率越小。实验结果表明,在同种结构中,出现层错的几率及层错区的宽度随金属而异。就fcc 金属而言,在奥氏体不锈钢及alpha;-黄铜中可以看到大量的层错,且层错区较宽;在铝中则根本看不到层错。理论分析认为,两个相反因素决定层错区平衡宽度[5]; 层错边界分位错的排斥作用使层错区加宽;而层错能的增加力求使层错区缩小。从而得到层错区平衡宽度:

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