Ni-Co纳米晶箔材高温微成形性能研究

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纳米材料因其特殊的结构而具有超塑性能,这一性能的研究已成为科研领域中的重要研究方向。同时,微机电系统(MEMS)不断地发展使得微成形技术的研究越来越不可或缺。本文采用脉冲电沉积法制备了Ni-Co箔材,研究了箔材的组织结构以及高温塑性性能。通过对箔材刚性凸模拉深成形及5083AL软凸模拉深成形过程的有限元模拟,研究了不同成形工艺下箔材高温成形规律。通过箔材高温微阵列拉深成形实验研究了材料的超塑微成形性能,分析不同成形工艺及参数对箔材微阵列拉深成形规律的影响。通过控制沉积时间获得不同厚度纳米晶Ni-Co箔材。借助扫描电子显微镜观察其表面平整致密,借助透射电子显微镜、X射线衍射仪等设备分析得晶粒尺寸在15~50nm。通过高温拉伸实验研究了材料的高温塑性性能,箔材在初始应变速率1.67×10-3s-1、拉伸温度500℃时延伸率最大为485%,并通过应变速率突变法求得此条件下材料常数K为750、应变速率敏感系数m为0.532。通过有限元分析刚性凸模高温拉深成形,拉应力最大值出现在凸模圆角与凹模直段相切处,为拉深成形件的易断部位;软凸模(5083AL)高温拉深成形,拉应力最大处出现在凹模圆角向凹模直段过渡处,为拉深成形件的易断部位。采用5x5微阵列拉深成形模具,在不同成形方案下分别进行刚性凸模与软凸模拉深成形实验,获得质量较优刚性凸模成形件的成形温度为500℃、成形速率为0.025mm/min、箔材厚度为60μm、高径比为0.67;质量较优的软凸模拉深成形件的成形温度为550℃、凹模直径0.8mm、满载荷拉深次数为2次、箔材厚度为60μm、高径比为0.66。刚性凸模与软凸模成形件箔材壁厚分布有明显差异且与有限元模拟中壁厚分布规律一致。SEM观察发现,成形件断裂机制为沿晶断裂。
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