电流辅助TA2纯钛微塑性变形行为研究

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1、硕士学位论文电流辅助TA2纯钛微塑性变形行为研究ELECTRICALLY-ASSISTEDMICRODEFORMATIONBEHAVIOURINTA2PURETITANIUM刘勇达哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文电流辅助TA2纯钛微塑性变形行为研究硕士研究生：刘勇达导师：郭斌教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG306U.D.C:621.7.01

2、DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringELECTRICALLY-ASSISTEDMICROPLASTICDEFORMATIONBEHAVIOURINTA2PURETITANIUMCandidate：LiuYongdaSupervisor：Prof.GuoBinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngin

3、eeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要微成形零件因其优异的力学性能、高材料利用率、低成本等优点在微机电系统及生物医学等领域具有广阔应用前景，然而尺寸效应的存在严重制约了微成形技术的快速发展。金属材料在电流激励下发生塑性变形时，或表现出特殊的塑性变形行为，本文将电流辅助成形技术引入微塑性变形过程，对电辅助微成形技术的发展具有重要意义。为研究脉冲电流对TA2纯钛箔板的微塑性变形的影响规律，研制了电

4、流辅助单向微拉伸力学性能测试装置，该装置由单向微拉伸系统、电流发生及参数采集系统、温度采集与控制系统构成。利用Ansysworkbench软件优化电流辅助微拉伸夹具结构设计，对不同夹持结构时试样温度场进行了热-电耦合有限元模拟，最终确定采用“线+面”接触形式的夹具结构。从静态和动态角度研究脉冲电流对不同试样和晶粒尺寸的TA2纯钛箔板的微拉伸变形行为的影响规律。相同电流密度下，晶粒尺寸越小，材料的热效应越明显。在对8%预变形拉伸试样的脉冲电流处理工艺中，当处理温度在回复温度以上时，加工硬化程度降低。预变形试样的塑性恢复程度随着晶粒尺寸的减小愈加明显，细晶材料的

5、塑性恢复最大达到了102.2%。当低于回复温度时，脉冲电流反而降低了材料的力学性能。电流辅助微拉伸实验结果表明：（1）在较低温度下（小于160℃），纯钛流动应力显著下降。箔板的厚度越大，纯Ti的屈服强度、抗拉强度降低越明显，脉冲电流导致试样尺寸效应变化趋势改变；（2）相同电流密度下，中晶纯钛的流动应力下降Δσ值最大，细晶和粗晶的△σ值相差不大。室温下晶粒尺寸大于59.8μm时，纯Ti屈服强度反而随晶粒尺寸增大而提高，脉冲电流激励削弱了晶粒尺寸效应；（3）解耦电流辅助微拉伸过程中的热效应与非热效应发现，热效应对流动应力下降的贡献占绝对主导地位，非热效应可以忽略

6、；（4）微观组织分析发现，脉冲电流引入微拉伸变形过程后小角晶界含量迅速下降。变形温度越高，小角晶界下降程度越大。纯Ti箔板在无冷却电流辅助过程中发生了动态再结晶。最后研究了脉冲电流激励下晶粒尺寸和电流密度对TA2纯钛棒材的微压缩变形的影响规律，结论如下：（1）试样温度随着压缩变形过程的进行迅速下降，最终趋于平缓；（2）在较低的变形温度下（<180℃），纯Ti流动应力明显下降；（3）在相同电流密度下，材料的流动应力降低随着晶粒的细化而增大，晶粒尺寸效应弱化甚至消失；（4）可能存在一个使材料发生软化的阀值电-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文流密度，其值代表着促

7、进位错逾越阻碍阀值能量。粗晶纯Ti出现了典型的电致塑性“锯齿状”流动应力降台阶，随着名义电流密度的增大，台阶向右发生了偏移。关键词：电流辅助；尺度效应；电致塑性；微成形；纯钛-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMicroformingpartshaveabroadapplicationprospectinthefiledofmicro-electro-mechanicalsystemandbiomedicine,etcbecauseoftheadvantagesitshighmaterialutilization,excellentmech

8、anicalpropertiesandlowcost