Интерактивное влияние микроструктуры и размера полости на поведение заполнения при микрочеканке чистого никеля

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 23895 (2016) Цитировать эту статью

2041 Доступов

21 цитат

Подробности о метриках

В этом исследовании было исследовано интерактивное влияние микроструктуры и размера полости на поведение заполнения при микрочеканке. Результаты показывают, что заполняющая способность сильно зависит как от ширины полости t, так и от отношения ширины полости к размеру зерна t/d. Критическое отношение t/d для наихудшей заполняющей способности увеличивается с увеличением ширины полости t и имеет тенденцию к исчезновению, когда ширина полости t увеличивается до 300 мкм. Для выявления эффекта размера заполнения при микрочеканке предложена модель поликристаллического заполнения, учитывающая размерный эффект трения, влияние зерен, ограниченных инструментами, размер зерна, ширину полости и отношение ширины полости к размеру зерна. Для исследования механизма заполнения при микрочеканке предложен метод квази-in-situ дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD). Когда несколько зерен по ширине полости, каждое зерно деформируется неоднородно, чтобы ординировать совместимость деформаций. Когда по ширине полости имеется только одно зерно, зерно фрагментируется на несколько более мелких зерен с определенным удлинением в направлении экструзии для координации деформации в полости. Это отличается от понимания ранее. Далее механизм деформации заполнения раскрывается с помощью предложенной модели, учитывающей пластическое течение при микрочеканке.

Микрометаллические детали широко применяются в автомобильной, биомедицинской, бытовой электронике, а также в связи с быстрым развитием микроэлектромеханических систем (MEMS) и микросистемных технологий (MST)1,2,3,4. В последние два десятилетия микроформовка как новая технология микропроизводства играет важную роль в производстве микрометаллических деталей. Когда размеры металлических деталей уменьшаются до микромасштаба, возникают размерные эффекты, которые ограничивают быстрое развитие микроформовки5. Необходимо более глубоко исследовать деформационное поведение при микроформовке. Фу и др.6 обнаружили, что напряжение течения уменьшается, а его разброс увеличивается с увеличением размера зерна или уменьшением диаметра образца при испытаниях на микросжатие цилиндров из чистой меди. Снижение напряжения течения при миниатюризации можно интерпретировать с помощью моделей поверхности и модифицированных моделей поверхности1,7,8,9,10,11, основанных на эффекте размягчения поверхностного зерна со свободными поверхностями. Ван и др.12 выявили разброс напряжений течения при микросжатии с помощью предложенной модели, учитывающей ориентационное распределение поверхностных зерен. Ван и др.13,14 обнаружили, что напряжение течения увеличивается, когда диаметр образца при микросжатии составляет менее 3-4 зерен, и выявили механизм с помощью предложенной модели, учитывающей влияние поверхностных, внутренних и ограниченных зерен. Чан и др.15 обнаружили, что степень неоднородной деформации увеличивается с увеличением размера зерна в процессе микроэкструзии чистой меди. Цао и др.16 обнаружили, что экструдированные микроштифты искривляются при использовании крупнозернистых материалов. Лин и др.17 предложили модель, основанную на теории пластичности кристаллов, для выявления кривизны при микроэкструзии крупнозернистых материалов. Мэн и др.18 изготовили многоуровневую фланцевую деталь посредством прогрессивной микроэкструзии и вырубки и исследовали влияние размера зерна на эволюцию микроструктуры и характер разрушения при прогрессивной микроформовке. Meng и соавт.19 также исследовали эволюцию микроструктуры технически чистого титана при термическом мезоформовании зубного абатмента. Поверхностные зерна квадратного экструдата образуют равноосную структуру из-за сильной деформации, что отражает то, что мезоформование при повышенной температуре способствует гомогенизации потока материала без увеличения размера зерна. Ким и др.20 изготовили вал микрошестерни хорошего качества с помощью процесса ECAP. Ван и др.21 разработали метод бездефектной холодной ковки, основанный на характеристиках, для изготовления неосесимметричных микродеталей. Ян и др.22 изучали влияние воздействия высоких энергий на процессы микроглубокой вытяжки и микроковки. Улучшились формуемость и шероховатость поверхности. Ван и др.23 изготовили микротурбину методом изотермической микроковки. При использовании круглой кольцевой заготовки изготавливается микротурбина с более высокой микролопаткой по сравнению с использованием круглой. Чтобы глубже раскрыть механизм деформации, Ван и др.24 исследовали влияние соотношения ширины полости к размеру зерна на поведение заполнения посредством процесса микрочеканки. Это указывало на то, что поведение при заполнении является наихудшим, когда при повышенной температуре полость имеет только около 2 зерен по ширине. Ван и др.25 обнаружили аналогичные результаты при микрочеканке при комнатной температуре. Аналогичный эффект размера заполнения также был обнаружен. Аст и др.26 исследовали эволюцию микроструктуры трех различных зернистых материалов в процессе наночеканки методом дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD). Результаты показали, что сильные ориентационные градиенты возникают под полостями для монокристалла, образование субзерен внутри и вокруг полостей для образцов со сверхмелкозернистым зерном (UFG) и лишь небольшое удлинение зерен внутри полости было обнаружено для нанокристаллического материала. . На основе приведенного выше обзора литературы обнаружено, что были проведены различные исследования, в которых основное внимание уделяется механическим размерным эффектам и пластическому течению материала. В процессе микроформовки поведение межзеренной и внутризеренной деформации остается неизвестным и требует изучения. В этом исследовании были проведены тесты на микрочеканку чистого никеля для изучения интерактивного влияния микроструктуры и ширины полости на поведение заполнения. Эффект размера заполнения возникает, когда по ширине полости находится всего несколько зерен. Предложен метод квази-in-situ EBSD для исследования поведения заполнения и выявления механизма заполнения с помощью модели, основанной на деформации пластичности кристаллов при микрочеканке.