发布时间：2021-03-25点击：3737
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�。。。。。斩炔还唬テ缁鸹ㄏ咔懈钤诩谐趾颓邢魇本环奖悖手票咐焓匝保鉚2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�。。。。。闯穹�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�。。。。。敝恋酱镆桓隽俳缰担孀懦穹募绦龃螅档土坎徊浠�。。。。。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。。。。。� ？？？？？？？？梢院苊飨缘目闯觯┘�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小�。。。。� ；； ；；；；；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�。。。。。诔淖饔孟拢Я９诨钤荆淮碓硕喽樱捎谖薹较蛐裕鱿执罅坎岷腿彩沟肨2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
