304不锈钢薄板微塑性成形尺寸效应的研究
奥氏体304不锈钢力学性能与本构行为研究
奥氏体304不锈钢力学性能与本构行为研究奥氏体304不锈钢力学性能与本构行为研究引言奥氏体304不锈钢作为一种常用的金属材料，在工业生产中起着重要的作用。
然而，为了更好地了解其力学性能和本构行为，对其进行深入研究是非常必要的。
本文旨在探讨奥氏体304不锈钢的力学性能与本构行为，以期为相关工程应用提供参考。
一、奥氏体304不锈钢概述奥氏体304不锈钢是一种常见的不锈钢材料，主要由铁、铬、镍等组成。
具有优良的耐腐蚀性、耐高温性和机械性能，被广泛应用于航空、航天、汽车、化工等领域。
二、奥氏体304不锈钢的力学性能研究1. 强度性能奥氏体304不锈钢的抗拉强度、屈服强度和断裂强度是评价其力学性能的重要指标。
通过实验测定，可以得到不同工况下奥氏体304不锈钢的强度参数，并分析其变化规律。
同时，还可研究材料受到不同载荷条件下的变形行为。
2. 延展性能奥氏体304不锈钢的延展性能是指材料在拉伸过程中的变形能力。
通过实验测定材料在不同应变速率下的延伸行为，可以了解其塑性变形特性。
同时，延展性能还与材料表面的晶界、氧化膜等因素有关，可以通过表面处理等方法进行改善。
3. 硬度性能奥氏体304不锈钢的硬度是指其抵抗外力作用而发生塑性变形的能力。
通过硬度测试可以了解材料的材质变化和内部结构特征。
不同的冷处理方法对奥氏体304不锈钢的硬度有显著影响，可通过优化工艺来提高其硬度。
三、奥氏体304不锈钢的本构行为研究1. 本构模型奥氏体304不锈钢的力学性能与本构行为可以通过建立适当的本构模型来进行分析。
常见的本构模型包括线性弹性模型、塑性本构模型、本构方程等。
通过分析材料的应力-应变曲线，可以选择合适的本构模型，以更好地描述材料在不同载荷下的力学行为。
2. 应力松弛行为奥氏体304不锈钢在受到恒定外力作用后，应力会逐渐变小的现象称为应力松弛。
应力松弛行为与材料的晶体结构、温度、应变速率等因素有关。
通过对奥氏体304不锈钢的应力松弛行为进行研究，可以掌握材料的力学性能，并为实际应用提供指导。
关于拉伸塑性变形对304不锈钢应力腐蚀敏感性的影响分析
关于拉伸塑性变形对304不锈钢应力腐蚀敏感性的影响分析作者：卢沛石来民姜雅洲来源：《科学与信息化》2018年第24期摘要研究了商用304不锈钢在不同变形量下的应力腐蚀敏感性，采用金相显微镜分析了塑性变形状态下不锈钢的微观组织，采用显微硬度计测试硬度值变化，采用X射线衍射仪（XRD）定量分析了马氏体的含量。
通过3.5%NaCl溶液中慢应变速率拉伸试验，比较不同变形量下试样的应力腐蚀敏感性。
结果表明：在室温拉伸变形下，随着变形量的增加，304不锈钢硬度提高，形变诱发马氏体体积分数增加，应力腐蚀敏感性提高。
当变形量小于20%，马氏体体积分数增加缓慢，应力腐蚀敏感性低于未变形试样；变形量大于20%，马氏体增长速率明显提高，试样具有明显的应力腐蚀倾向。
变形量大于30%，马氏体含量增长放缓。
关键词 304不锈钢；形变马氏体；塑性变形；应力腐蚀敏感性前言304奥氏体不锈钢具有室温力学性能、加工性能、高温强度和耐蚀性等优良性能，是不锈钢类中使用量最大的一种，约占不锈钢产量的65%～70%。
但在实际的使用过程中，由于恶劣的工作环境，高温高压，或带有硫化物、氯化物等强腐蚀性介质，常常会发生腐蚀失效事故[1]。
其中，应力腐蚀破裂是最常见的失效形式。
近20年来，国内外的一些研究学者认为[2]，亚稳态奥氏体不锈钢在设备制造、安装、使用过程中形变诱发马氏体相变是导致局部腐蚀的主要原因之一。
因此，分析奥氏体不锈钢变形与形变马氏体的关系及其对应力腐蚀的影响，对于预防设备的腐蚀失效具有重要的现实意义。
本文选用常用的304奥氏体不锈钢，研究不同形变量与形变马氏体含量的关系。
通过金相显微镜和显微硬度计对试样的微观组织和力学性能进行测定。
通过慢应变速率拉伸试验，研究拉伸塑性变形对304不锈钢应力腐蚀敏感性的影响。
1 试样制备与试验方法试样材料选用商用304不锈钢钢板，厚度为2mm。
拉伸试验在常温下进行，采用Instron 疲劳试验机，选取应变速率为3.33×10-3s-1，形变量分别为2%、6%、10%、15%、20%、30%、40%。
开题报告-SUS304不锈钢薄板微弯曲数值模拟与实验研究
SUS304不锈钢薄板微弯曲数值模拟与实验研究摘要：随着微型化制造技术的快速发展，金属微塑性成形技术在微小零件生产制造过程中已变得越来越重要，并对加工工艺、加工设备、产品的成形精度提出了更高的要求。
微塑性成形技术不但继承了传统塑性成形工艺的高生产率、低材料耗损、成品力学性能好、加工精度高等优点，还将传统塑性成形引入介观尺度，使其在微机电系统和微系统技术等领域均具有广泛的应用前景。
与传统的塑性成形相比，微塑性成形由于金属板料尺寸的微小化，其成形过程中的力学特征和性能表现出明显的尺寸效应现象，材料的塑性行为发生变化，而传统塑性成形技术及理论均不包含材料的尺度量，导致其不再适用微塑性成形工艺。
微弯曲作为微塑性成形工艺的重要组成部分，其在整个微细加工制造业中的应用越来越广泛，因此研究介观尺度下金属板料的成形性能显得尤为重要。
本课题以SUS304不锈钢薄板作为实验材料，分别对厚度为20μm、50μm、100μm、200μm、250μm（采用3-5种热处理方式）的金属箔试样进行单向拉伸试验，获得金属箔的真实应力-应变关系，为微弯曲数值模拟研究提供材料性能参数；基于传统的塑形弯曲回弹理论与应变梯度塑性理论，建立微尺度下弯曲回弹预测模型；设计一套典型的V型微弯曲模具，基于JP-504超精密伺服冲压试验机平台，对SUS304不锈钢薄板进行微弯曲实验；数值模拟与实验研究相结合，研究晶粒尺寸、板料厚度以及相对厚度对SUS304薄板弯曲回弹的影响规律，并结合相关理论分析各个因素对弯曲回弹影响的机理，为微塑性成形的工艺优化和模具设计提供参考。
关键字：SUS304，尺度效应，微弯曲成形，弯曲回弹，数值模拟（一）立项依据与研究内容1、项目的立项依据1.1研究意义近年来，随着微纳米技术的兴起，金属零件产品正朝着微型化发展，特别是在微电子产品、微系统技术以及微医疗器械等领域，促使这种以外形尺寸微小或运作尺寸微小为特点的新型微细加工技术的诞生。
304奥氏体不锈钢冷加工硬化的研究
３０４奥氏体不锈钢冷加工硬化的研究王斯琦（辽宁工程技术大学材料科学与工程学院阜新１２３０００）摘要：室温条件下采用简单拉伸实验研究了３０４奥氏体不锈钢薄板的加工硬化规律与机理，组织分析结果表明：在室温条件下冷加工，形变过程中发生的组织结构变化产生的强化效应引起加工硬化，在观察到的形变组织结构中，应变诱发α－马氏体、∑－马氏体和形变孪晶对流变应力有明显的影响，是３０４奥氏体不锈钢这种低层错能面心立方结构合金具有较强的加工硬化能力的根本原因。
关键词：冷加工工艺，加工硬化，３０４奥氏体不锈钢，马氏体０前言３０４奥氏体不锈钢薄板是常用的冲压材料，该材料在冷加工过程中或冷加工完成以后，因显著的加工硬化和很高的残余应力，冲压制品极易开裂，成为实际生产中普遍存在的技术难题。
从微观角度看，该合金变形时，滑移面及晶界上产生大量位错，致使点阵产生畸变。
脆性的碳化物等被破碎，并沿流变方向分布。
形变量越大时，位错密度越高，内应力及点阵畸变越严重，使金属变形抗力和硬度随变形而增加，塑性指标降低，产生明显的加工硬化现象。
当加工硬化达一定程度时，如继续形变，便有开裂或脆断的危险，其残余应力极易引起冲压制品自爆破裂，在环境气氛中，放置一段时间后，合金还会自动产生晶界开裂（通常称为“季裂”）。
加工硬化是研究金属力学性能的重要课题之一。
通过研究３０４奥氏体不锈钢薄板在外应力作用下的形变过程及机理，了解各种内外因素对形变的影响，不仅对制定塑性加工工艺、分析和控制加工件的质量是十分必要的，而且对了解该材料的力学性能、合理使用该材料、提高其性能、挖掘其应用潜力等都具有重要意义。
在实际生产中，不管是消除残余应力还是使材料软化，对于不锈钢多工序冲压必须进行工序间的软化退火（即中间退火），以消除内应力、降低硬度、恢工。
因此，研究３０４奥氏体不锈钢薄板的加工复塑性，方能进行下一道加]21[硬化及退火软化不仅具有明显的实际意义，而且具有十分重要的理论意义。
304不锈钢箔材在不同应变速率下的拉伸性能研究
304不锈钢箔材在不同应变速率下的拉伸性能研究刘秀; 金霞; 楼航飞; 胡俊聪【期刊名称】《《材料科学与工艺》》【年(卷),期】2019(027)005【总页数】7页(P59-65)【关键词】奥氏体不锈钢; 应变速率; 马氏体转变; 拉伸性能; 尺寸效应【作者】刘秀; 金霞; 楼航飞; 胡俊聪【作者单位】南京航空航天大学机电学院南京210016【正文语种】中文【中图分类】TG3304不锈钢是一种应用广泛，力学性能良好的奥氏体不锈钢.奥氏体不锈钢在应变强化过程中有很多因素影响其硬化性能，其中应变速率的改变会诱发马氏体、位错和层错密度的转变量和转变速率的不同，导致材料呈现不同的力学行为.汪志福等[1]从应变速率敏感指数，应变硬化指数两个方面，研究了室温下8 mm厚的304奥氏体不锈钢的应变速率对变硬行为的影响，得出在准静态拉伸下，应变速率的变化对304奥氏体不锈钢的变硬行为影响甚小.叶丽燕等[2]指出应变速率小于0.005 s-1时，304奥氏体不锈钢会发生马氏体转变，且马氏体转变量随着应变速率的减小而增加，具体表现为抗拉强度变大，屈服强度减小.姜民主等[3]研究了室温下应变速率对0Cr25Ni20奥氏体不锈钢应变硬化行为的影响，并提出了基于应变速率敏感指数、应变硬化指数的0Cr25Ni20奥氏体不锈钢本构模型.文献[4-5]研究了应变速率对宏观尺寸的奥氏体不锈钢室温下拉伸力学性能的影响.厚度0.1 mm的304不锈钢材料极薄，在该尺寸厚度下，考虑微成形材料的尺寸效应极为重要.就尺寸效应的规律而言，可以分为两类尺寸效应现象：一类是随着尺寸参数的减小，材料的强度会减弱，即所谓的“越小越弱”的现象；另一类是材料的强度随着尺寸参数的减小而增强，即所谓的“越薄越强”现象[6-11].针对304不锈钢的尺寸效应，有关学者进行了大量的研究：孟庆当[6]使用修正后的Nix-Gao硬化模型对D-304不锈钢存在的“越薄越强”的尺寸效应现象做出了解释；张广平等[12]通过研究微米级不锈钢悬臂梁的弯曲变形，发现随着试样厚度的减小，材料屈服强度升高但塑性下降，进一步验证微尺寸304不锈钢表现出的“越小越强”和“越薄越脆”现象.郝智聪等[13]开展了304不锈钢薄板微冲压工艺研究，设计了一体化级进式微冲压成形模具装置，并分析了成形条件对成形质量的影响规律，确定最佳工艺参数，实现了封装板件的高效率低成本批量化制造.Toshihiko等[14]对超精密冲孔工艺进行了研究，以碳化硅陶瓷纤维作为冲头材料，以不锈钢等作为实验材料，在无润滑条件下成功冲出最小直径15 μm 边缘锐利、圆度良好的微孔.以往研究大部分集中在对宏观尺寸的材料应变硬化行为与应变速率的关系，少有针对微观尺寸304不锈钢的实验研究.本文将通过室温拉伸实验，研究不同应变速率对304奥氏体不锈钢室温拉伸力学性能的影响，以期其研究结果用于指导微冲压成形工艺参数的设定.1 实验试件原始材料为未经热处理的SUS304箔材，厚度为0.1 mm，主要化学成分如表1所示.表1 304不锈钢化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical composition ofstainless steel (wt.%)CSiMnCrNiSPFe0.081.02.018.0～20.08.0～10.50.030.035余量1.1 试件制备参考国标GB/T228.1-2010[15]附录B(规范性附录)：厚度0.1 mm～3 mm薄板和薄带使用的试样类型，选择非比例试样中编号为P5的制备方案，取拉伸试样的标距长度(L)为50 mm，宽度(W)为12.5 mm.选取0°轧制方向的拉伸试样，具体尺寸如图1所示.为后续金相观察，原始试样用4%硝酸酒精溶液腐蚀，拉伸后试样采用配比为40 mL水+30 mL硝酸+30 mL盐酸的腐蚀剂，打磨后用JY-1000金相显微镜进行金相组织观察.图1 拉伸试件尺寸图(单位：mm)Fig.1 The geometry of tensile specimen 1.2 实验参数实验设置了7组不同的准静态位移速度：2、5、10、50、100、200、400 mm/min，对应的应变速率分别为0.000 4、 0.001 1、0.002 1、0.010 1、0.020 1、0.041 0、 0.100 0 s-1，对应的实验依次编号为1～7.本次实验每组试样3个，取其平均值作为数据分析.试验选用最大载荷为50 kN的CMT7504型微机控制电子万能试验机.具体拉伸试验方案如表2所示.表2 拉伸试验方案Table 2 Tensile test parameters编号拉伸速率/(mm·min-1)应变速率/s-1试样件数120.00043250.001133100.002134500.010*******.020*******.041037400 0.100032 结果与讨论2.1 应变速率对断后伸长率的影响试件的断后伸长率(1)式中：L0为标距长度，Lk为断裂后试件总长.表3为不同应变速率下试件的断后伸长率，其对应的折线图如图2所示，可以看到，304不锈钢试件的断后伸长率随着应变速率的增加总体呈减小趋势，且前3组数据下降趋势尤为明显，这种现象可以从马氏体转变方面得到解释.当应变速率减小，马氏体转变更加充分，部分作用在奥氏体区的载荷被转移到马氏体区，避免了过早出现不均匀变形，材料延伸率得以提高；而当应变速率高于0.005 s-1，应变速率对马氏体的转变几乎没有影响[2]，因此，试件断后伸长率下降程度趋于平稳.表3 不同应变速率下试样的断后伸长率Table 3 Elongation of specimens at different strain rate编号应变速率/s-1断后伸长率(δk)/%10.000418.5420.001117.6930.002116.8240.010115.0250.020114.696 0.041014.6970.100013.82图2 试样断后伸长率-应变速率关系图Fig.2 Elongation-strain rate diagram of sample after fracture材料微观组织的变化情况也验证了上述分析.图3为304奥氏体不锈钢箔材在不同应变速率下拉伸后的微观组织形貌，可以看到，应变速率为0.001 1 s-1时，试件在白色奥氏体基础上出现了针状组织的马氏体聚集，马氏体多且密；应变速率为0.041 0 s-1时，马氏体组织明显相对减少.利用JY-1000金相显微镜“多相含量分析”软件进行马氏体含量分析，结果显示：针对不同的应变速率马氏体含量(质量分数)分别为29.8%、27.7%、26.5%、17.7%、15.6%、8.3,%、6.5%，对应的实验试样编号依次为1～7，如图4所示.由图2知，前3组试样的断后延伸率的下降趋势相对后4组更为明显，结合上述分析，表明低应变速率下马氏体转变理论仍可作为0.1 mm厚度304奥氏体不锈钢箔材的相变理论.此外，通常304不锈钢的断后伸长率可达40%，而0.1 mm厚的304奥氏体不锈钢箔材断后伸长率平均仅在14.55%，证明了0.1 mm尺寸厚度304不锈钢箔材存在“越薄越脆”的尺寸效应现象.图3 不同应变速率下拉伸试样的微观组织Fig.3 Microstructure of tensile specimen at different strain rate图4 试样表面马氏体含量随应变速率的变化Fig.4 Martensite content on the surface of the sample at different strain rate2.2 应变速率对断面收缩率的影响试件断面收缩率Ψ由式(2)计算得到.(2)式中：A0为材料原始截面积；A为材料断后截面积.试件的断面收缩率结果见表4，其对应的折线图如图5所示.表4 不同应变速率下试件的断面收缩率Table 4 Reduction of area of test specimens at different strain rate编号应变速率/s-1断面收缩率/%10.00045.8920.00114.8830.00214.0040.01013.7350.02013.4460.04102.88 70.10002.16图5 试样断面收缩率-应变速率关系图Fig.5 Reduction of area-strain rate diagram of sample after fracture图5显示断面收缩率随应变速率的增大而减小，其变化趋势与断后伸长率基本类似.在材料发生断裂前的颈缩阶段，颈缩段变形伸长，拉伸时间越长，伸长率越大，颈缩过程也越充分.随着颈缩段长度的增加，截面积相应减小，使得收缩率增加.而在高应变速率下，变形材料颈缩困难，未充分塑性变形就已断裂[9]，因此造成高应变速率下断面收缩率减小的现象.针对前3组实验收缩率下降程度远大于后3组的现象，也可用上述马氏体转变理论作解释.低应变速率下，奥氏体不锈钢发生马氏体转变.在低应变速率区，随应变速率的增大，马氏体转变量减小，形成不均匀变形，出现收缩率迅速下降现象.而高应变速率下，试件断后收缩率的下降是由塑性应变过程不充分引起的，且应变速率越高，塑性变形越不充分.2.3 应变速率对屈服强度及抗拉强度的影响由拉伸实验得到材料的工程应力-应变曲线如图6所示.表5为不同应变速率下材料的屈服强度和抗拉强度，其对应的折线图如图7所示.抗拉强度和屈服强度分别为：(3)(4)图6 不同应变速率下材料室温拉伸工程应力-应变曲线Fig.6 True stress VS true strain for SUS304 at room temperature表5 不同应变速率下试件的屈服强度及抗拉强度Table 5 Yield strength and tensile strength of specimens at different strain rate编号应变速率/s-1屈服强度/MPa抗拉强度/MPa10.00041202.8111263.80220.00111211.6371260.29730.00211231.037 1260.29740.01011220.4471248.13650.02011222.6301244.39860.04101206. 4601250.04170.10001207.3301240.204图7 不同应变速率下材料的屈服强度及抗拉强度Fig.7 Yield strength and tensile strength of specimens at different strain rate在进行屈服强度计算时，观察到304奥氏体不锈钢的应力应变曲线存在明显的屈服现象.因此，对数据进行处理时将应力应变曲线屈服阶段的应力最小值取作屈服应力Fs，由式(3)计算得出材料的屈服强度.0.1 mm 304奥氏体不锈钢箔材抗拉强度在1 250 MPa左右，屈服强度约为1 200 MPa，实验得到的数值与文献[1,2,4,16]中304不锈钢的强度相差较大，尤其屈服强度是上述文献中的3倍以上，其主要原因是该厚度尺寸下304不锈钢“越小越强”的尺寸效应.由于304不锈钢箔材尺寸效应的研究并不是本文的研究重点，且对于0.1 mm厚度的304不锈钢的强度指标，本文的实验结果与孟庆当等[8]得出的结论一致.因此，本文仅对0.1 mm 304奥氏体不锈钢箔材的强度随应变速率改变产生的变化趋势进行了分析.根据表5，低应变速率下，随着应变速率的提高屈服强度增加，这种现象可以采用位错理论获得解释：提高应变速率时，会导致位错运动困难；而且304不锈钢是一种低层错能金属，变形速率的提高容易引起形变孪晶的形成，从而产生加工硬化现象[2,17]，使屈服强度提高.低应变速率下抗拉强度的提高可以从马氏体转变方面得到解释：应变速率的减小将导致马氏体转变更加充分，部分作用在奥氏体上的载荷转移到马氏体上，避免过早出现不均匀变形，因此，抗拉强度和延伸率有所提高.而通常马氏体的抗拉强度高于奥氏体，故低应变速率下304奥氏体不锈钢的抗拉强度较高，并随应变速率的增大而降低.这一结论也与叶丽燕[2]、林高用等[16]在宏观尺寸下304不锈钢拉伸试验得出的结论相符.而后4组实验工况下，马氏体未进行转变，表现为不同应变速率对强度影响甚微.由此也可得出，马氏体转变的相关理论同样适用于0.1 mm厚度304不锈钢箔材强度指标随应变速率变化的情况.2.4 应变速率对硬化指数的影响图8是拉伸速率为100 mm/min情况下304不锈钢的真实应力-应变曲线.对于0.1 mm厚度的304奥氏体不锈钢，低应变区仅为一小段，因此，仅对产生明显塑性变形高应变区试件的硬化行为进行分析.高应变区的塑性变形可用Hollomon方程进行描述[1]，σ1=K×ε2n[18].(5)式中：σ1为应力;ε2为真实应变.图8 100 mm/min拉伸速率下试件真实应力应变曲线Fig.8 True stress-strain curves of specimen under tensile rate of 100 mm/min对试件高应变段塑性变形进行拟合并对硬化指数n求取平均值后，得出各组试件硬化指数如表6和图9所示.表6 不同应变速率下试件的硬化指数Table 6 Hardening index of test specimens at different strain rate编号应变速率/s-1硬化指数(n)10.00040.077720.00110.086530.00210.090040.01010.063150.02010.0692 60.04100.063670.10000.0587图9 试件应变速率-硬化指数关系图Fig.9 Strain rate-hardening index of test specimens前3组实验中，应变速率属于准静态拉伸0.000 25～0.002 5 s-1范畴，硬化指数表现出整体上升的趋势，其主要原因是准静态拉伸阶段，随着应变速率的提高，易引起孪晶的形成和马氏体转变，产生了加工硬化现象，表现为硬化指数随应变速率增加而增大.而曲线后端，即从0.01的应变速率开始，曲线整体呈上下波动趋势，表明此阶段硬化指数变化与应变速率变化相关性较小.3 结论1)0.1 mm厚度的304奥氏体不锈钢箔材随应变速率的增加，材料的断后伸长率与断面收缩率均下降，且在低应变速率情况下，不锈钢发生马氏体转变，随着应变速率的增加，两者降低幅度更加显著.2)马氏体转变理论同样适用于解释0.1 mm厚度304奥氏体不锈钢箔材室温下的拉伸力学性能随应变速率的变化.应变速率小于0.005 s-1时， 304奥氏体不锈钢箔材发生马氏体转变，随着应变速率增大，表现为抗拉强度减小，屈服强度增大；应变速率大于0.005 s-1时，强度指标由材料本身决定，应变速率对304不锈钢材料强度变化影响甚小.3)准静态下，304不锈钢硬化指数随应变速率增加而增大；准静态拉伸状态外，应变速率增加对硬化指数的变化影响不大.参考文献：【相关文献】[1] 汪志福, 孔韦海. 应变速率对 304 奥氏体不锈钢应变硬化行为的影响[J]. 压力容器, 2013, 30(7): 6-11.WANG Zhifu, KONG Weihai. 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金属薄板微成形技术的研究进展
Vol 14 Jun
No 3 2007
金属薄板微成形技术的研究进展*
( 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院, 哈尔滨
摘
150001)
单德彬
郭
斌
周
健
要 : 文章阐述了金属薄板微成形的基本概念和金属微成形中的尺寸效应 , 综述了微拉深、增量成形、微弯曲和
冲裁等薄板微成形技术的研究现状 , 并简单介绍了作者的研究成果 , 展望了薄板微成形技术的发展方向和趋势 。 关键词 : 微成形 ; 微拉深 ; 增量成形 ; 微弯曲 ; 微冲裁 中图分类号 : T G306 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 2012 ( 2007) 03 0093 07
图 2 拉深系统示意 图[ 10] Fig 2 Schematic diag ram o f micro deep dr awing appar atus 图5 F ig 5 凸模圆角和压边力对拉深质量的影响 [ 11]
由于微拉深件的尺寸很小, 精度直接取决于模 具, 采用传统的加工方法已经不能满足尺寸精度和 表面粗糙度的要求。日本 Seki 公司采用离子磨削的 方法对冲头和凹模圆角进行磨削 , 可以很大程度地 提高模具的表面质量。图 3 是微拉深凹模圆角磨削 前后的对比图。采用此微拉深模具 ( 最小凸模直径 0 654mm, 凸 模 圆 角 半 径 0 1mm , 凹 模 直 径 0 7m m, 凹模圆角半径 0 15mm ) 上 , Seki 公司采 用 0 02mm 厚的铜箔 , 成形出了如图 4 所示的微拉
[ 5]
应态 和 退 火 态 的 CuZn37 板 材, 在 冲 头 直 径 为 8mm, 4mm , 2mm 和 1m m, 坯料和模具的几 何尺 寸因子为 1, 1/ 2, 1/ 4 和 1/ 8 条件下分别进行微拉 深成形实验。为了方便比较 , 实验将壁厚相对变化 率作为比较参数。结果表明 , 冲头速度对杯形件的 壁厚影响不大, 由于退火造成的晶粒尺寸和显微组 织变化在尺寸因子为 1/ 2, 1/ 4 和 1/ 8 时对杯形件的 壁厚变化的影响比为尺寸因子 1 时大的多, 在尺寸 因子较小时 , 原始态和退火态工件壁厚相对变化率 的最小 值的变 化在 5% ~ 8% , 而在尺 寸因子 为 1 时 , 变化只有 2% 。此外 , 还采用 ABAQUS 对微杯 拉深中成形件的平均温度和最大温 度进行了模拟。 模拟结果表明, 在低传导率和高冲头速度下, 拉深 杯的平均温度的最大值达 到了 100 # , 并且 不随冲 头速度或拉深杯尺寸的变化而改变。但在塑性应变 最大的部位 , 即拉深杯侧壁的上部会出现最高温度 , 杯径为 8mm 时达到 220 # , 而杯径为 1mm 时只有
不锈钢薄壁管材推弯成形工艺研究的开题报告
不锈钢薄壁管材推弯成形工艺研究的开题报告题目：不锈钢薄壁管材推弯成形工艺研究一、研究背景不锈钢材料具有优异的耐腐蚀性、高强度、高温性能等优点，因此在工业生产和生活中得到广泛应用。
其中，不锈钢薄壁管材是一种重要的材料，广泛应用于石油、化工、航空、航天、医疗器械等领域。
但是，不锈钢薄壁管材成形难度较大，不同工件的成形要求也不同。
本研究旨在探究不锈钢薄壁管材推弯成形工艺，提高不锈钢薄壁管材的成形质量和生产效率。
二、研究目的1. 分析不锈钢薄壁管材的物理特性和成形要求，探究适合不同工件的成形工艺方案，提高成形质量和生产效率。
2. 优化成形工艺参数，如推弯角度、推弯速度、推弯力等，探究最佳的成形条件，提高成形精度和重复性。
3. 通过实验验证不同成形条件对不锈钢薄壁管的成形质量影响，为成形工艺优化提供理论依据和参考。
三、研究内容1. 不锈钢薄壁管材成形要求和工艺分析2. 不锈钢薄壁管材推弯成形工艺方案的设计和优化3. 成形工艺参数及影响因素的分析和实验研究4. 成形工艺的优化和质量控制方法研究四、研究方法1. 文献调研法：通过文献调研和参考专家意见，了解国内外不锈钢薄壁管材成形的研究现状和工艺方法。
2. 数值模拟法：利用有限元软件建立不锈钢薄壁管材的模型，模拟推弯成形过程，优化成形工艺参数。
3. 实验方法：设计实验方案，进行成形工艺参数和成形质量的测试，探究成形质量与工艺参数的关系。
五、预期成果1. 探究不锈钢薄壁管材的成形特性，优化成形工艺参数，提高生产效率和成形质量。
2. 提出适用于不同工件成形的工艺方案，为工业生产提供参考。
3. 为不锈钢薄壁管材成形工艺的进一步改进和提高提供理论基础和实验依据。
以上是不锈钢薄壁管材推弯成形工艺研究的开题报告，仅供参考，谢谢！。
《Q235碳钢-410-304不锈钢复合板室温成形行为研究》
《Q235碳钢-410-304不锈钢复合板室温成形行为研究》篇一Q235碳钢-410-304不锈钢复合板室温成形行为研究一、引言在当前的金属加工与制造领域中，复合材料的使用已经变得极为普遍。
特别地，Q235碳钢、410不锈钢和304不锈钢等金属复合板因具备出色的物理和化学性能而被广泛地应用在多个工程领域中。
鉴于其在结构上的多样性及材质特性的不同，对这些复合板的室温成形行为进行研究显得尤为重要。
本文旨在深入探讨Q235碳钢/410/304不锈钢复合板在室温条件下的成形行为，以期为相关领域的工程实践提供理论支持。
二、材料与方法本研究所用材料为Q235碳钢/410/304不锈钢复合板。
通过采用先进的金属加工技术和精确的测量设备，对复合板的室温成形行为进行系统研究。
具体方法包括：1. 金属学分析：通过光学显微镜和电子显微镜等设备对材料的微观结构和晶粒尺寸进行分析。
2. 室温成形试验：进行不同工艺参数下的复合板弯曲、拉伸等试验，记录其变形行为和性能变化。
3. 数据分析：运用专业的数据处理软件对试验数据进行处理和分析，以揭示复合板的室温成形行为。
三、结果与讨论1. 微观结构分析通过对Q235碳钢/410/304不锈钢复合板进行微观结构分析，发现其具有明显的层状结构和不同的晶粒尺寸。
这些差异对复合板的室温成形行为具有重要影响。
2. 室温成形行为在室温条件下，对复合板进行弯曲和拉伸试验，观察其变形行为和性能变化。
发现，随着外力的增加，复合板发生不同程度的塑性变形。
在弯曲过程中，由于不同材料的力学性能差异，导致在界面处产生应力集中现象。
而在拉伸过程中，由于各层材料的延伸率不同，容易出现分层现象。
3. 影响因素分析通过对试验数据的分析，发现复合板的室温成形行为受多种因素影响，如材料成分、层状结构、热处理工艺等。
此外，温度、速度等工艺参数也会对复合板的成形行为产生影响。
因此，在实际加工过程中，需根据具体情况选择合适的工艺参数和热处理工艺，以获得良好的成形效果。
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304不锈钢薄板微塑性成形尺寸效应的研究孟庆当;李河宗;董湘怀;彭芳;王倩【摘要】针对五种厚度304不锈钢薄板进行了单向拉伸试验和微弯曲试验,测得的屈服应力和回弹角均随板厚减薄而增大,表现出“越薄越强”的尺寸效应现象.通过在Hall-Petch公式中引入相对厚度项对公式进行修正,使得对屈服应力的预测与试验结果更吻合.采用修正的Nix-Gao应变梯度强化模型预测了回弹角与板厚的关系,预测结果与试验结果吻合.%Uniaxial tension and microbending tests were conducted using 304 stainless steel foils with varied thicknesses from l0μm to 200μm. In the tests, the yield stress and springback angle increased with decreasing foil thickness,showing the size effects of "the thinner the stronger". The Hall - Petch equation was modified by introducing the influence of foil relative thickness, and applied to calculate yield stress with better agreement with test results. The modified Nix-Gao strain gradient hardening model was used to predict the relationship between springback angle and foil thickness, which agree with the test results.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2013(024)002【总页数】4页(P280-283)【关键词】304不锈钢;屈服应力;应变梯度;回弹角【作者】孟庆当;李河宗;董湘怀;彭芳;王倩【作者单位】上海交通大学,上海,200030;河北工程大学,邯郸,056038;上海交通大学,上海,200030;上海交通大学,上海,200030;上海交通大学,上海,200030【正文语种】中文【中图分类】TG3010 引言随着现代工业的快速发展，微型化制造技术得到了迅速发展，进而对加工材料、加工工艺和加工设备等提出了新的要求。
相对于常规尺度，材料在一个或多个尺度处于毫米或以下级别时，其力学性能表现出一定的尺寸效应［1］，随着尺度的减小，这种尺寸效应愈加明显。
目前，针对板料微塑性变形过程的研究越来越多，而且逐渐深入。
Geiger等［1］研究发现材料在微塑性变形过程中表现出“越小越弱”的尺寸效应现象，并建立了表面层模型［2-3］对此现象进行了合理的解释。
Eckstein等［4］在研究薄板弯曲时发现其表现出另一种相反的“越小越强”的尺寸效应现象，Fleck等［5］提出的仅包含扭转应变梯度的偶应力（CS）理论和包含拉伸应变梯度的SG理论［6］，Cao等［7-8］提出的具有微观物理机制的Nix－Gao应变梯度强化模型，都针对此现象进行了解释。
针对覆有钝化膜的纯铜在平面应变胀形中表现出来的尺寸效应，Xiang等［9］利用应变梯度理论对其进行了有效分析。
但现有文献中针对工业中常用的304不锈钢尺寸效应进行的研究还较少。
本文针对304不锈钢薄板，进行了晶粒测量、单向拉伸试验和弯曲试验，并对试验中表现出的尺寸效应进行了理论分析。
1 试验试验中使用的材料是厚度t分别为200μm、100μm、50μm、20μm 和10μm 的304不锈钢板。
采用线切割的方法切割出晶粒尺寸测量、单向拉伸和微弯曲试验所需试样，采用以氨解气体为保护气体，加热到1050℃保温5min后随加热装置冷却的热处理方式，得到一定晶粒大小的板料试样。
1.1 单向拉伸试验对不同规格板料进行金相观察，采用ASTME112－96（2004）平均晶粒尺寸测量方法测得平均晶粒尺寸d。
但在测量过程中由于薄板厚度方向只有少数晶粒，只能从板料长度方向进行测量。
厚度为100μm的板料的金相图片见图1，性能参数测量结果见表1。
在CMT4000系列电子万能试验机上对不同厚度的标准拉伸试样进行拉伸试验，其中标距为25mm，宽度为6mm。
试验过程中，利用试验机自带夹头夹紧试样，同时拉伸速度v按板料厚度等比例变化，见表1，同种厚度材料拉伸试验重复次数不少于3次。
试验得到了板料的力－位移曲线，对试验数据进行真实应力真实－应变曲线的转换，然后对3次重复试验数据取平均值，所得真实应力－应变曲线如图2所示。
从图2和表1可见，板料的初始屈服应力试验值随厚度减小而增大，即表现出“越薄越强”的尺寸效应现象。
图1 100μm板厚晶粒图片图2 不同厚度试样的应力－应变曲线表1 304不锈钢材料性能参数注：表1中t为板料厚度，d为晶粒大小，nG为相对厚度，σs0为屈服应力，Ep为塑性模量，v为拉伸速度或弯曲冲头下行速度，Rd为凹模圆角半径，C为弯曲凸、凹模间隙，l为内禀尺寸。
t（μm）（μm）nG σs0（MPa）（MPa）d Ep v C Rd l（μm／min）（μm）（μm）（μm）10 20 1.0 494 3150.5 200 25 15 27 20 30 1.0 475 2793.0 400 50 25 29 50 36 1.4 433 2440.2 1000 125 60 25 100 37 2.7 356 2520.7 2000 250 120 19 200 56 3.6 340 2723.8 4000 500 240 151.2 薄板微弯曲试验在CMT4000系列电子万能试验机上利用自制弯曲模具，分别对不同规格薄板进行微弯曲试验。
弯曲几何模型见图3，当凹模静止，凸模匀速下行时，可实现板料的弯曲变形。
试验的试样长度为20mm，宽度为5mm，其中有效弯曲部位长度为5mm。
同一规格试验中凸凹模圆角半径取相同值，圆角半径Rd按板料厚度等比例变化，如表1所示；凸模下行速度v与拉伸速度保持一致；为防止板料在弯曲时被挤压，凸凹模间隙设置为C＝1.2t，而限于试验条件，较薄板间隙较大，参见表1；弯曲过程中所有板料弯曲角θ均为90°。
弯曲试验后，用染料将回弹后试样的侧面均匀压印到白纸上，然后将包含回弹角大小的纸扫描成电子文档，使用计算机相关软件对图片中的回弹角角度进行测量，可计算出回弹角。
每种规格试验重复3次以上，且对所有测量得到的回弹角进行线性平均。
图3 微弯曲几何模型2 单向拉伸应力－应变曲线的分析2.1 拉伸屈服应力理论分析根据图2中拉伸试验的真实应力－应变曲线形状，选取线性强化模型进行拟合：式中，σ和ε为真实应力和真实应变；σs0为初始屈服应力；Ep为塑性模量，其值见表1。
常规尺度下304不锈钢屈服应力与晶粒大小的关系满足如下Hall－Petch公式：式中，σ0为单晶的屈服应力；k为反映晶界对变形影响的系数；m为反映晶粒大小对变形影响的指数。
对于不锈钢材料，材料表面会出现钝化膜［10］。
由于单向拉伸变形的微观机制是位错的滑移，而钝化膜覆盖在表层晶粒之上，且钝化膜的强度高于基体材料，在拉伸过程中，由于位错的滑移受到限制，所以使得板料得到强化，这种现象类似于晶界对晶粒的强化效果。
钝化膜直接强化板料的表层晶粒，对强化的相对影响随板厚的减小而增大，Denis等［11］通过在式（2）中引入与厚度t相关的项来反映这种强化：式中，h为厚度对变形的影响系数；n为厚度对变形的影响指数。
同种厚度板料，厚向晶粒数不同会导致表层晶粒占板料体积的比例不同，从而钝化膜强化效果不一致；同时，当晶粒大小不变，板料减薄到一定程度，所有的晶粒都成为表层晶粒时，板料继续减薄时钝化膜强化作用增加减缓。
但上述公式并未体现上述分析的现象，所以有必要对其进行适当修正。
本文用相对厚度nG＝t／d（即相对于晶粒尺寸的厚度值）替换式（3）中的t，以考虑表层晶粒所占的比例的影响，将式（3）修正如下：式中，p为相对厚度对变形的影响系数。
对于304不锈钢，σ0 ＝147.09MPa［12］；k ＝775.51MPa·（μm）0.5［12］；m ＝0.5［9］；n＝0.5［9］；由于厚度方向至少有一个晶粒，所以当计算的t／d小于1时，取nG为1.0，如表1所示。
2.2 单向拉伸试验结果分析将板料厚度为50μm时的σs0和d代入式（3）和式（4），可以计算出两式中的h和p 分别为1100MPa·（μm）0.5 和183MPa。
分别将式（2）、式（3）和式（4）称为经典公式、含厚度项公式和修正Hall－Petch公式，用这些公式计算出板料厚度与初始屈服应力的关系，并与表1所列试验值进行比较，结果如图4所示。
由图4可知，利用经典公式计算的屈服应力值与试验结果有较大的误差，且误差随板料的减薄而逐渐增大。
利用含厚度项公式计算的屈服应力值，随着板料的减薄而增大，与试验曲线的趋势一致，这说明用钝化膜的强化效果来解释材料“越薄越强”是比较合理的，但在板料厚度薄到一定程度时，计算结果与试验结果存在较大偏差。
利用修正Hall－Petch公式计算得到的试验曲线，在厚度较大时，结果与含厚度项公式预测结果基本一致，且在板料减薄后计算结果明显好于参考公式的计算结果，这说明使用板厚来表征钝化膜的影响在板料减薄后并不适用，而用相对厚度来表征这种强化效果更适合。
图4 屈服应力试验值与计算值的对比3 弯曲回弹角的分析3.1 弯曲回弹角理论分析弯曲几何模型如图3所示，设板料与凹模接触的弯曲变形区为全塑性变形。
考虑弯曲变形中的应变梯度强化效应，采用修正的Nix－Gao应变梯度强化模型，可以得出全塑性弯矩M［13-14］：式中，w为板料宽度；кn为凹模圆角部位曲率；b为柏氏矢量，304不锈钢柏氏矢量为2.58×10－10 m［15］；G 为剪切模量，G ＝89GPa［15］；α 为0.2～0.5的经验系数。
回弹角可以根据全塑性弯矩计算得到［13］。
但由于本试验中弯曲变形区以外受模具作用的毛坯较长，它与模具的接触点会发生移动。
为简便计算，计算回弹角时，忽略弹性变形弯矩部分对回弹角的影响，仅考虑弯曲变形区的回弹，有式中，θ′为回弹角为板料与凹模在圆角半径接触处板料中性层的弧长；E为弹性模量，304不锈钢弹性模量为193GPa［15］；泊松比υ ＝0.29［15］；I 为截面的惯性矩。