纯铜径向微压缩塑性变形行为尺寸效应

对不同晶粒尺寸的纯铜多晶体圆柱试样,开展径向微压缩试样。实验结果表明,随着晶粒尺寸的增大,成形力减弱,分散性增大,并出现不规则表面。提出了基于表层晶粒位错堆积的修正表层模型和基于标准偏差理论和晶粒尺寸分布的流动应力波动性公式,分析了微压缩变形中的成形力尺寸效应。从表层晶粒以旋转为主要变形模式的角度,讨论了表层晶粒非均匀塑性变形。与实验结果吻合很好。     

316LN不锈钢混晶组织微区不均匀塑性变形研究

针对核电主管道用钢316LN经常出现的混晶组织,通过实验与晶体塑性有限元分析了混晶组织的晶粒尺寸、取向等微观组织对微区塑性变形特点的影响规律。应用数字图像相关法(DIC)实验定量获得了6%变形条件下的微区变形分布,验证了晶体塑性有限元模型的正确性。通过大变形实验获得了晶粒变形结果和滑移带分布,并用晶体塑性有限元模拟再现了微区变形的不均匀性。研究发现,混晶组织的塑性变形是非常不均匀的,细晶组织具有明显的应力应变集中现象,并发生更明显的晶体转动,而粗晶的整体变形则相对较小,但局部区域亦表现出明显的应变集中和滑移带聚集。     

微成形工艺数值模拟多晶体模型

从坯料的多晶体结构角度考虑自由表面影响构建多晶体模型。该模型中将坯料分为自由表面层、过渡层和内部层三部分。将自由表面层中的晶粒看作单晶体,通过引入晶体取向考虑晶体变形的各向异性,解释塑性变形的非均匀性;在过渡层中,考虑相邻晶粒的影响;在内部层中,将晶粒看作类似多晶体材料变形。使用建立的模型,采用MSC Superform软件模拟镦粗变形过程。模型分析结果表明,坯料塑性变形出现了流动应力的分散性和变形的非均匀性。计算结果与试验结果吻合较好,这说明建立的模型是有效的。     

Cu极薄带轧制中滑移与变形的晶体塑性有限元模拟

为了定量描述晶粒取向和结构对极薄带轧制微观塑性变形非均匀性的影响,采用晶体塑性有限元方法(CPFEM)和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸、晶粒尺寸、晶体取向及其分布,模拟了不同厚度Cu极薄带在相同压下率条件下的滑移与变形行为,得到了介观尺度上Cu极薄带的微观应力-应变和启动滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致,验证了晶体塑性有限元模型的准确性.通过对40%压下率Cu极薄带轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料内部的变形都非常不均匀,这种不均匀性主要是由初始晶粒取向和结构不同、近邻晶粒取向差以及变形时滑移系的运动特性和晶粒旋转不同引起的.滑移系首先在自由表面和晶界处被激活,而后引起晶粒内部滑移系的启动与运动.     

直径方向上仅有几个晶粒时纯镍丝材的拉伸变形行为（英文）

研究纯镍丝材单向微拉伸塑性变形过程中的流动应力和非均匀变形行为尺寸效应。实验发现,流动应力随晶粒尺寸的增加(或直径方向上晶粒数量的减少)而降低,而非均匀变形程度增加。当直径方向上少于9.3个晶粒时,流动应力随晶粒尺寸增加而快速降低。通过引入晶界尺寸因子构建介观尺度材料本构模型揭示丝材微拉伸流动应力尺寸效应。结果表明,断裂应变和断裂应力随着晶粒尺寸的增加而减小。当试样直径方向上少于14.7个晶粒时,断裂应变和断裂应力快速降低,表明微拉伸过程中的非均匀变形程度随着直径方向上晶粒数量的减小而增加。当试样直径方向上的晶粒数量减少时,断口形貌变得越来越不规则。从材料微观组织分布方面分析了不规则断口形貌的形成机理。     

基于多晶体塑性模型的纯铜轧制有限元模拟

以晶体塑性有限元理论为基础,在有限元软件ABAQUS中通过Voronoi图的多晶模型对不同初始取向的两种多晶纯铜试样轧制后的变形进行了分析.结果表明,轧制后多晶纯铜试样中晶粒自身的变形与其内部的应力、应变都不均匀,且与其取向、大小、形状及晶粒间的相互作用相关.     

基于晶体塑性有限元模型的异步轧制纯铜箔变形行为晶粒统计效应（英文）

采用一种真实的多晶集合体模型和晶体塑性有限元模型,研究异步轧制纯铜箔塑性变形晶粒统计效应。考虑局部硬化耗散作用,根据取向分布函数在取向空间中的分布规律将晶体取向分配给各个晶粒的单元积分点,建立弹塑性大变形条件下的相关多晶体塑性模型,并将其引入隐式有限元法。对非均匀材料流动、铜箔厚度一定时接触压力和轧制力随晶粒尺寸增加而降低的变形行为进行研究。结果表明,在箔材厚度方向上只有少数几个晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向不再均匀分布于箔材中,材料的变形行为主要受到单个晶粒变形行为的影响,从而导致非均匀变形及模拟和实验结果更加离散。研究变形过程中滑移系的启动过程,晶粒取向对滑移系的启动和滑移带的形成具有重要影响,预测结果与表面层模型一致。随着晶粒尺寸的增加,表层晶粒效应增大,更加有利于降低轧制力和激活表层晶粒内滑移系的开动。通过箔材轧制实验和模拟,可以更加深入地理解异步轧制极薄带微塑性变形的机理。     

考虑晶内异质性的微成形材料变形行为（英文）

采用实验和数值建模方法探究微成形中材料变形行为和晶粒变形行为的关系。拉伸实验结果表明,流动应力的离散度随厚度晶粒尺寸比(T/d)的减小而增大,这与流动应力的变化规律相反。显微硬度测试结果表明,每个晶粒都有其独特的变形行为且随机分布于试样中。含晶粒数量越少的试样越容易形成易变形区和发生变形集中现象。最后,建立了一个同时考虑晶粒尺寸、几何尺寸和个体晶粒变形行为的尺寸依赖模型,并通过对比实验证实了该模型的有效性和实用性。     

尺寸效应对黄铜镦粗微成形影响规律的研究

微成形是微细加工技术群体中的一项技术。由于尺寸效应的影响，微成形比传统的塑性成形更为复杂。零件微型化导致的尺寸效应，使传统的塑性加工工艺不能直接应用于塑性微成形。在微成形过程中材料不能再被看作是均质的，且材料的流动变形规律由于尺寸效应的影响而表现得非常敏感。以H62黄铜（直径0．5～4．0mm）进行室温镦粗实验的结果表明：由于尺寸效应的影响，随着试样尺寸等比例减小，材料的流动应力呈明显的减小趋势，采用表面层模型对实验结果给予了详细深入的理论探讨。     

晶粒尺寸效应对铜极薄带轧制变形机制影响的模拟研究

采用退火态轧制铜箔为原料,进行晶粒尺寸效应的箔轧实验和晶体塑性有限元模拟。基于率相关晶体塑性理论,开发用户材料子程序(UMAT),建立轧制铜极薄带的晶体塑性有限元模型,改进Voronoi图种子生成的随机性,建立反映晶粒形貌、晶界不规则性的多晶极薄带几何模型,并编写赋予多晶取向的算法,用以控制多晶取向及织构分布,研究晶粒尺寸效应对其变形机制的影响。结果表明:在铜极薄带中尺寸较小晶粒中产生的剪切带相对于尺寸较大晶粒中产生的要均匀,可较好地减小变形局部化;不同晶粒尺寸铜极薄带的滑移系启动和累积滑移存在显著差异,启动的滑移系随晶粒尺寸的减小而增多;表层晶粒和内部晶粒的约束差异导致变形后晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,旋转角度和极点分散度随晶粒平均尺寸的减小而减小。箔轧实验和模拟得到的轧制力-晶粒尺寸曲线基本一致,即晶粒取向对轧制力的影响随晶粒平均尺寸的减小而减弱。     

Analysis of surface roughening in AA6111 automotive sheet

The finite element method is used to numerically simulate the topographic development in an aluminium sheet, AA6111, under stretching. The measured electron backscatter diffraction (EBSD) data are directly incorporated into the finite element model and the constitutive response at an integration point is described by the single crystal plasticity theory. The effect on surface roughening of sample geometry, strain rate sensitivity, work hardening, imposed deformation path, as well as the EBSD step size, spatial orientation distribution and inhomogeneous deformation within individual grains are discussed. It is concluded that surface roughening is controlled by the spatial distribution of grain orientations through the thickness of the specimen.     

微型铜圆柱体镦粗实验研究

为了找出微小尺度下材料流动及流动应力等的新特点及为微成形工艺设计、模具设计提供相关数据,在常温下以不同变形速度和变形量进行了微小尺度下圆柱体镦粗实验。结果表明,材料流动呈现出各向异性,且随压下量增大而明显;屈服应力降低,出现较大波动;流动应力出现明显波动;变形速度对材料流动、屈服应力、流动应力没有明显影响。本研究对于微成形技术的实用化具有一定意义。     

垂直晶界铜双晶的拉伸变形行为

利用数字图像相关法研究了垂直晶界铜双晶试样的拉伸变形行为,获得了拉伸过程中试样表面的全场变形分布。结果表明:试样整体变形呈"双颈缩"现象,试样表面的应变分布不均匀,晶界附近的应变水平低于晶粒内部的,试样总是在软取向的晶粒内首先发生塑性变形并断裂。借助扫描电镜(SEM)原位拉伸实验观察到在拉伸过程中滑移带不能穿过晶界。以上结果说明,铜双晶试样拉伸变形行为与组元晶粒的晶体取向和晶界的属性有关,软取向的晶粒更容易发生塑性变形,而大角度晶界在拉伸过程中具有强化效应,对晶粒的滑移变形有阻碍作用。     

微成形中材料非均匀流动研究

为了找出微成形过程中材料非均匀流动的特点，在常温下对具有不同晶粒尺寸的微型铜圆柱体进行了镦粗实验。结果表明，微小尺度下材料呈现出明显的非均匀流动，且这一非均匀流动随晶粒尺寸和变形量的增大而剧烈。为微成形工艺设计、模具设计提供了必要的信息与指导。     

电沉积法制备的超细晶薄铜板拉伸及表面层效应

利用电沉积方法制备了晶粒大小均匀、致密的细晶薄铜板材料,研究了其在室温单向拉伸试验中由于晶粒大小、厚度变化引起材料强度和塑性的变化,通过表面层效应对产生的尺度效应进行了分析.随晶粒度的增大,材料的塑性和流动应力都发生了降低,这是由于表层晶粒所占份额增加.而且,由于表面层效应,随着试件厚度的减少,材料的流动应力降低.     

TA15钛合金高温变形过程的介观模拟计算

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理的材料本构参数,高温压缩实验与模拟得到的真应力-应变曲线基本一致。通过对TA15钛合金高温变形模拟结果进行分析,包括应力和应变分布、滑移系开动情况和晶界面积变化,得出:(1)由于晶粒几何及取向的随机性造成应力和应变分布非均匀性;(2)晶粒间相互作用的复杂性会导致各个滑移系开动的差异性;(3)形变程度越大,晶粒密度越大,晶界面积变化率越大。模拟结果为相变等显微组织演变及多尺度同步耦合提供了参考。     

极薄带轧制过程的晶体塑性有限元分析

极薄带轧制过程中,当轧件厚度降低到与晶粒尺寸同一量级时,其变形在很大程度上受到晶粒形态和取向等内部组织状态的影响,传统塑性理论不能直接用于微观塑性成形的分析。介绍了采用晶体塑性有限元方法对极薄带轧制过程所做的研究,如轧件厚度和晶粒尺寸对轧制变形的影响、塑性变形时滑移系的激活和运动等。     

多晶Cu在双向加载下的后继屈服与塑性流动分析

采用晶体塑性理论并结合多晶集合体模型来研究多晶Cu的塑性变形,用双向加载方式模拟材料的双向应力状态和分段加载路径,得到了材料的初始屈服而及在预剪切和预拉伸2种情况下的后继屈服面.通过对后继屈服面形状及其演化趋势的研究,探讨了用晶体塑性理论分析多品材料塑性流动规律的方法.结果表明:后继屈服面的形状和是否出现尖角与屈服点的定义有关,同时还与π平面上的预加载方向有关;通过对多晶集合体代表性单元的塑性流动方向与后继屈服面法向的差异进行统计分析,发现塑性流动的正交性不仅与屈服定义相关,也与预加载方向有关.