電流輔助TA2純鈦微塑性變形行為研究.pdf

1、微成形零件因其優(yōu)異的力學(xué)性能、高材料利用率、低成本等優(yōu)點在微機電系統(tǒng)及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，然而尺寸效應(yīng)的存在嚴(yán)重制約了微成形技術(shù)的快速發(fā)展。金屬材料在電流激勵下發(fā)生塑性變形時，或表現(xiàn)出特殊的塑性變形行為，本文將電流輔助成形技術(shù)引入微塑性變形過程，對電輔助微成形技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
　　為研究脈沖電流對TA2純鈦箔板的微塑性變形的影響規(guī)律，研制了電流輔助單向微拉伸力學(xué)性能測試裝置，該裝置由單向微拉伸系統(tǒng)、電流發(fā)生及參

2、數(shù)采集系統(tǒng)、溫度采集與控制系統(tǒng)構(gòu)成。利用Ansys workbench軟件優(yōu)化電流輔助微拉伸夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，對不同夾持結(jié)構(gòu)時試樣溫度場進(jìn)行了熱-電耦合有限元模擬，最終確定采用“線+面”接觸形式的夾具結(jié)構(gòu)。
　　從靜態(tài)和動態(tài)角度研究脈沖電流對不同試樣和晶粒尺寸的TA2純鈦箔板的微拉伸變形行為的影響規(guī)律。相同電流密度下，晶粒尺寸越小，材料的熱效應(yīng)越明顯。在對8％預(yù)變形拉伸試樣的脈沖電流處理工藝中，當(dāng)處理溫度在回復(fù)溫度以上時，加工硬化程度

3、降低。預(yù)變形試樣的塑性恢復(fù)程度隨著晶粒尺寸的減小愈加明顯，細(xì)晶材料的塑性恢復(fù)最大達(dá)到了102.2%。當(dāng)?shù)陀诨貜?fù)溫度時，脈沖電流反而降低了材料的力學(xué)性能。電流輔助微拉伸實驗結(jié)果表明：（1）在較低溫度下（小于160℃），純鈦流動應(yīng)力顯著下降。箔板的厚度越大，純Ti的屈服強度、抗拉強度降低越明顯，脈沖電流導(dǎo)致試樣尺寸效應(yīng)變化趨勢改變；（2）相同電流密度下，中晶純鈦的流動應(yīng)力下降Δσ值最大，細(xì)晶和粗晶的△σ值相差不大。室溫下晶粒尺寸大于59.8

4、μm時，純 Ti屈服強度反而隨晶粒尺寸增大而提高，脈沖電流激勵削弱了晶粒尺寸效應(yīng)；（3）解耦電流輔助微拉伸過程中的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，熱效應(yīng)對流動應(yīng)力下降的貢獻(xiàn)占絕對主導(dǎo)地位，非熱效應(yīng)可以忽略；（4）微觀組織分析發(fā)現(xiàn)，脈沖電流引入微拉伸變形過程后小角晶界含量迅速下降。變形溫度越高，小角晶界下降程度越大。純Ti箔板在無冷卻電流輔助過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶。
　　最后研究了脈沖電流激勵下晶粒尺寸和電流密度對TA2純鈦棒材的微壓縮變形的