发布时间：2021-03-25点击：3697
摘要：宏观大尺寸金属板料制件成形过程中，，，，，利用超声来降低坯料与模具间的摩擦，，，，，提高板料成形极限，，，，，已获得广泛应用 。。。。。。。而在微成形中，，，，，将超声应用于金属薄板的成形，，，，，目前还少有报道 。。。。。。。本文在常规拉伸实验设备的基础上，，，，，通过设计适合的超声装置，，，，，将超声附加到T2紫铜薄板上，，，，，以获得超声环境下金属薄板的力学性能 。。。。。。。
关键词：超声；； ；；；；；；T2紫铜薄板；； ；；；；；；力学性能；； ；；；；；；微拉伸 作者：顾晓猛
1、引言
产品微型化对零件的加工提出了更高的要求，，，，，进入二十一世纪后，，，，，微制件的研究和应用发展迅速 。。。。。。。金属薄板微成形是制造微制件的一种重要加工方式，，，，，微成形材料的基础力学性能，，，，，对微冲压件成形工艺方法的选择和工艺参数的制定具有重要的影响 。。。。。。。金属材料塑性成形过程中，，，，，施加不同方向、不同振幅的超声振动，，，，，会使得金属材料的力学性能发生改变，，，，，如屈服强度、抗拉强度、流动应力和变形抗力降低，，，，，材料的加工质量提高等 。。。。。。。微成形材料在超声环境下的变形规律及力学性能参数，，，，，是一个重要的研究课题，，，，，但这方面的研究和公开的技术成果目前并不多见 。。。。。。。本文在常规拉伸实验设备的基础上，，，，，通过设计适合的超声装置，，，，，将超声附加到T2紫铜薄板上，，，，，以获得超声环境下金属薄板的力学性能 。。。。。。。
1超声拉伸装置设计
超声拉伸实验中，，，，，拉伸试样需夹持在超声头上，，，，，以将超声振动附加到拉伸试样上 。。。。。。。本文设计了一台超声拉伸装置，，，，，其额定功率为1kW，，，，，频率为20kHz，，，，，振幅三档可调 。。。。。。�；； ；；；；；；窘峁谷缤�1所示 。。。。。。。
拉伸试验机所带的夹持装置不能与设计的超声拉伸装置配合使用，，，，，需要设置一套新的底部夹具，，，，，来夹持拉伸试样另一端 。。。。。。。超声拉伸装置的超声头是可以转动的，，，，，因此，，，，，在设计底部夹具时也需要足够灵活 。。。。。。。制作底部夹具的材料为钢板，，，，，具体设计如图2所示，，，，，***下面钢板可以旋转定位，，，，，中间钢板可以水平移动定位 。。。。。。。
通过测量超声拉伸装置不同档位的幅值，，，，，测得超声头端面幅值如表1所示 。。。。。。。
2、拉伸试样制备
2.1热处理
实验选用T2紫铜薄板作为试样材料，，，，，其交货状态为轧制态，，，，，厚度为0.1mm 。。。。。。。在金属薄板的研究中，，，，，厚度/晶粒尺寸比是影响金属薄板力学性能的一个重要参数 。。。。。。。本文以厚度/晶粒尺寸比作为基本参数，，，，，来研究不同振幅的超声振动对T2紫铜薄板力学性能的影响 。。。。。。。为获得多组不同厚度/晶粒尺寸比的T2紫铜薄板，，，，，需要对T2紫铜薄板进行不同温度的退火处理 。。。。。。。T2紫铜薄板退火处理的升温时间和保温时间如表2所示，，，，，冷却方式采用随炉冷却 。。。。。。。得到的厚度/晶粒比如表3所示 。。。。。。。
2.2试样制备
本实验中，，，，，T2紫铜薄板较薄，，，，，刚度不够，，，，，单片电火花线切割在夹持和切削时均不方便，，，，，故制备拉伸试样时，，，，，将数层T2紫铜薄板叠加夹持切割 。。。。。。。电火花线切割后的拉伸试样，，，，，表面与边缘附着大量的污垢，，，，，需用酒精溶液清洗、晾干 。。。。。。。图3为电火花线切割的拉伸试样和剩下的废料 。。。。。。。
3、超声微拉伸实验结果及分析
利用设计好的超声拉伸装置进行实验，，，，，拉伸试样夹持前，，，，，需对超声拉伸装置进行调试，，，，，使得超声拉伸装置和底部夹具夹持拉伸试样时在同一平面，，，，，调试完成后，，，，，对厚度0.1mm的T2紫铜薄板进行拉伸试样，，，，，不同厚度/晶粒尺寸比、不同超声振幅条件下，，，，，各重复实验3~5次，，，，，完成超声微拉伸实验 。。。。。。。
3.1超声微拉伸力学性能分析
对T2紫铜薄板拉伸试样施加不同振幅的超声振动，，，，，得到不同厚度/晶粒尺寸比的力学性能参数分别如表4、表5所示 。。。。。。。从表4、表5可以看出，，，，，施加超声使得T2紫铜薄板的屈服强度、抗拉强度相对于不加超声而言，，，，，都有不同程度的降低，，，，，但超声振动对不同厚度/晶粒尺寸比的影响各有不同 。。。。。。。
3.2不同超声振幅对同一厚度/晶粒尺寸比力学性能
的影响在对T2紫铜薄板进行超声微拉伸实验的过程中，，，，，发现了超声振动对T2紫铜薄板的“软化效应”和“硬化效应” 。。。。。。。在对厚度/晶粒尺寸比为28.6的T2紫铜薄板拉伸试样进行超声拉伸得到了图5所示的工程应力-应变曲线 。。。。。。。从图5很明显的可以看出，，，，，在施加纵向超声后，，，，，T2紫铜薄板的变形抗力都有所降低，，，，，即出现了超声“软化效应”，，，，，但与宏观超声拉伸实验结果有所不同，，，，，宏观超声拉伸
实验中，，，，，变形抗力的减小与超声振幅成正相关，，，，，即大振幅会使变形抗力降低量更大 。。。。。。。图5所示的曲线中，，，，，变形抗力降低量随着超声振幅的增大反而在减小，，，，，即超声振幅为5.58μm比超声振幅为3.02μm的变形抗力降低量要小 。。。。。。。出现这样的情况可能的原因：对于厚度/晶粒尺寸比为28.6的T2紫铜薄板，，，，，存在一个超声振动幅值低于3.2μm，，，，，在超声的作用下变形抗力降低量***大，，，，，而后随着超声振幅的增大，，，，，变形抗力的降低量越来越小，，，，，直至到达一个临界值，，，，，随着超声振幅的继续增大，，，，，降低量不产生变化 。。。。。。。临界值低于无超声微拉伸得到的变形抗力 。。。。。。。
图6是超声微拉伸实验过程中，，，，，先是无超声拉伸、弹性阶段后施加振幅为3.02μm的超声振动、90s后超声振动撤销得到的曲线，，，，，从图6中可以发现，，，，，施加纵向超声的瞬间，，，，，应力出现了急剧的下降，，，，，到达一个***低值，，，，，到达***低值马上回升到一个相较于无超声拉伸小的值，，，，，然后进入纵向超声微拉伸阶段，，，，，纵向超声撤销，，，，，应力也出现一个急剧下降，，，，，然后回升，，，，，回到一个比施加纵向超声更大的值后进入稳定阶段 。。。。。。。通过与厚度/晶粒尺寸比为28.6的无超声纵向微拉伸和超声振幅3.02μm的纵向超声微拉伸实验曲线进行对比，，，，，两种曲线分别与图6中曲线的一部分相吻合 。。。。。。。在施加和撤销超声振动的瞬间，，，，，应力出现急剧变化，，，，，可以认为是超声振动产生的力和拉伸力二者“应力叠加”的作用，，，，，使得T2紫铜薄板出现了“软化效应” 。。。。。。。
3.3同一超声振幅对不同厚度/晶粒尺寸比力学性能的影响
在无超声条件下，，，，，T2紫铜薄板的抗拉强度随着厚度/晶粒尺寸比的增大而增大，，，，，但施加振幅3.02μm的超声振动，，，，，得到的抗拉强度如图7所示，，，，，抗拉强度并不随着厚度/晶粒尺寸比的增大而增大，，，，，而是在厚度/晶粒尺寸比为8.1时***大 。。。。。。。将无超声时的抗拉强度和振幅3.02μm的抗拉强度相减，，，，，得到差值，，，，，即抗拉强度降低量 。。。。。。。�？？ ？？？ ？？梢院苊飨缘目闯�，，，，，施加3.02μm的纵向超声，，，，，厚度/晶粒尺寸比为8.1时，，，，，抗拉强度降低量***大 。。。。。。。
出现这种情况的原因是因为对于厚度/晶粒尺寸比小于8.1的T2紫铜薄板，，，，，在振幅为3.02μm的超声振动作用下，，，，，由于晶粒尺寸太大，，，，，晶粒的位错运动受到***，，，，，不利于材料的变形，，，，，从而使得T2紫铜薄板抗拉强度的值较� 。。。。。。�；； ；；；；；；而对于厚度/晶粒尺寸比大于8.1的T2紫铜薄板，，，，，由于晶粒尺寸比较小，，，，，在超声的作用下，，，，，晶粒过于活跃，，，，，位错运动多而杂，，，，，由于无方向性，，，，，出现大量缠结和塞积，，，，，也使得T2紫铜薄板变形不易，，，，，导致抗拉强度的值小 。。。。。。。对于厚度/晶粒尺寸比为8.1的T2紫铜薄板，，，，，晶粒数目合适，，，，，超声作用下，，，，，位错运动缠结和塞积的现象少，，，，，从而抗拉强度更大 。。。。。。。
4、结论
目前为止，，，，，超声振动应用于金属薄板微拉伸实验力学性能研究的还很少见，，，，，本文通过对T2紫铜薄板微拉伸实验施加不同振幅的超声振动，，，，，研究了不同振幅的超声振动对T2紫铜薄板力学性能的影响 。。。。。。。施加超声使得T2紫铜薄板的屈服强度、抗拉强度相对于不加超声而言，，，，，都有不同程度的降低，，，，，但超声振动对不同厚度/晶粒尺寸比的影响各有不同；； ；；；；；；超声振动的施加，，，，，使得T2紫铜薄板的变形抗力降低，，，，，降低幅度并不随着超声振幅的增大而增大，，，，，反而在超声振幅为3.02μm时，，，，，降低幅度***大，，，，，在5.58μm时，，，，，降低幅度***小 。。。。。。。
来源：中国知网 作者：顾晓猛
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