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有关T2紫铜薄板超声微拉伸试验研究

发布时间：2021-03-25点击：3696

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。。。。。。。。唬�；；；；；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�。。。。。。。。�，，，，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�。。。。。。。。�，，，，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�。。。。。。。。�，，，，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。。。。。。。。浚�？？？？？？梢院苊飨缘目闯觯�，，，，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�。。。。。。。。唬�；；；；；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�。。。。。。。。�，，，，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