论文部分内容阅读
微塑性成形过程中由于尺寸减小而产生的尺度效应现象使其成为一个新兴的领域，尤其是材料的流动应力和微成形过程中的摩擦行为已不能用传统塑性变形理论和经典摩擦模型进行解释;因此，对超薄板的流动应力尺度效应和摩擦尺度效应进行研究并阐释其产生机理十分必要。 本文以SUS304不锈钢超薄板为试验材料，通过对五种厚度的超薄板进行三种温度的热处理以获得不同晶粒尺寸的试样，基于单向微拉伸试验研究了晶粒尺寸和试样尺寸引起的超薄板流动应力尺度效应并分析其影响机理;基于摩擦磨损试验和条形件U型微拉深试验，研究了试样厚度和晶粒尺寸对超薄板表面粗糙度及摩擦系数的影响，分析了润滑状态、模具尺寸和试样尺寸对微拉深摩擦行为的影响，并阐述了微成形摩擦尺度效应的产生机理和几何效应。 单向拉伸试验结果表明:SUS304不锈钢超薄板在常温单拉塑性变形过程中存在加工硬化现象，材料加工硬化曲线可用σ=Kεn1+n21nε模型描述;随着晶粒尺寸和试样厚度的减小，超薄板的流动应力显著增大，而试样宽度对流动应力的影响不大;晶粒尺寸减小对超薄板屈服强度增大的影响是变形协调条件和晶界强化效应综合作用的结果，试样厚度减薄引起的超薄板屈服强度增大则是表层晶粒的弱化作用和应变梯度的强化作用以及它们之间的相互作用的结果;基于Hall-Petch公式引入厚度晶粒尺寸比t/d建立了能够准确描述超薄板尺度效应的屈服强度关系式。 摩擦磨损及微拉深试验结果表明:超薄板的表面粗糙度和摩擦系数基本不受试样厚度和晶粒尺寸的影响，即超薄板的力学性能尺度效应对材料的摩擦学性能特征影响不大;微拉深过程中液体润滑的效果比脂润滑差，且试样越薄润滑效果越差;在液体润滑状态下，随着模具尺寸和试样尺寸的减小，超薄板的微拉深摩擦力占冲压力的比例增大，表现出明显的摩擦尺度效应;基于超薄板表面三维形貌和“开放—封闭润滑凹坑”模型阐述了摩擦尺度效应的产生机理和几何效应，即试样尺寸的减小使得试样表面的非润滑区面积比例增加，则模具与试样之间真实接触面积的增大最终导致微成形摩擦系数变大。