铜合金薄板的微塑性成形尺寸效应研究

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随着科学技术的迅速发展,微型零件的应用越来越广泛,在微电子等行业具有广泛的应用前景。塑性成形技术具有其它成形技术不具备的优势,如,批量生产、精度高、生产成本低等,因此在微型器件的研究过程中逐渐形成了一种新的成形技术-微塑性成形技术。该技术利用塑性变形的方式加工至少在两维尺寸下处于毫米级到微米级的微型构件,是制备微型零件最有潜力的方法。当材料尺寸减小到一定的程度,在成形过程中材料力学性能和物理性能等会表现出尺寸效应现象。基于此,本文对H65黄铜、T2紫铜薄板微塑性成形的尺寸效应进行研究,得出以下研究结果:(1)采用不同热处理工艺对冷轧获得的不同厚度的H65黄铜薄板和T2紫铜薄板进行热处理,并分析不同工艺条件下获得的材料内部显微组织的变形规律。结果表明:轧制态试样内部的等轴晶粒均沿轧制方向被压扁、拉长,晶粒碎化严重,位错缠结形成高密度的亚结构,出现纤维组织。材料厚度相同时,退火温度越高,晶粒尺寸越大;热处理工艺相同时,晶粒尺寸随着厚度降低而减小。(2)通过单向拉伸试验,研究了不同试验因素下的H65黄铜的尺寸效应现象及其对材料力学性能的影响规律。结果表明:试样抗拉强度随厚度减小而增大,延伸率随试样厚度的减小而减小;在微尺度下,材料的力学性能对应变速率不敏感;与宏观尺度相比,70μm厚度试样其力学性能在不同轧制方向上变化不明显;退火态的试样在不同厚度下其屈服强度、抗拉强度均随着晶粒尺寸的增大呈现明显减小的趋势。(3)通过拉伸试验,研究了不同工艺状态的T2紫铜的尺寸效应对其力学应力应变关系的影响。结果表明:材料的抗拉强度、屈服强度均随着试样厚度减小先增加后减小;试验厚度很小时轧制方向对材料力学性能影响不大;对于退火态的试样,当厚度不同时,材料的流动应力随着φ(t/d)值的增大而增大,试样厚度相同时,随着φ值减小,材料的抗拉强度和延伸率整体上呈减小的趋势。(4)通过微弯曲试验,研究不同试验参数对H65黄铜、T2紫铜试样弯曲回弹规律的影响。结果表明:两种材料均随坯料厚度的减薄,试样的弯曲回弹率逐渐增加,且黄铜的回弹率比紫铜要高,这与材料的力学性能相关;试样厚度相同时,两种材料弯曲件的回弹量均随着晶粒尺寸增大而逐渐降低。当材料保持厚度不变时,弯曲件的回弹量随着弯曲角度的增大而增大。(5)在冷轧工艺中,随着轧制变形量的增加,两种材料零件表面的粗糙度逐渐降低。在弯曲过程中,厚度相同时,两种材料工件表面粗糙度均随着晶粒尺寸、弯曲角度的增大逐渐增大。H65黄铜的显微硬度随着轧制变形量的增加呈现增加的趋势,T2紫铜的显微硬度随着轧制变形量的增加先增加后减小。厚度相同时,两种材料的显微硬度均随着晶粒尺寸的增大而逐渐减小,且退火态材料的显微硬度随着厚度的增大而增大。
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