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。
304_不锈钢箔带微拉深成形性能研究
62精密成形工程 2023年7月[78] 王艳. 超声振动辅助5052铝合金薄板微成形极限研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019: 44-62.WANG Yan. Study on Micro-Forming Limit of 5052 Alu-minum Alloy Sheet Assisted by Ultrasonic Vibration[D].Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019: 44-62. [79] 王春举, 刘洋, 张志强, 等. 超声振动辅助T2紫铜薄板软模微胀形工艺研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(5): 156-163.WANG Chun-ju, LIU Yang, ZHANG Zhi-qiang, et al.Study on Micro-Bulging Process of T2 Copper Sheetwith Soft Die Assisted by Ultrasonic Vibration[J].Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(5):156-163.[80] ZHENG Li-huang, WANG Kun, JIANG Yuan-yuan, etal. A New Ductile Failure Criterion for Micro/Meso Scale Forming Limit Prediction of Metal Foils Consid-ering Size Effect and Free Surface Roughening[J]. In-ternational Journal of Plasticity, 2022, 157: 103406. [81] FURUSHIMA T, NAKAYAMA T, SASAKI K. A NewTheoretical Model of Material Inhomogeneity for Pre-diction of Surface Roughening in Micro Metal Form-ing[J]. CIRP Annals, 2019, 68(1): 257-260.[82] LIU Zhi-hua, ZHANG Chen-hui, ZHAO Hao, et al.Theoretical Analysis and Performance Prediction on Modified Surface Layer Caused by Ultrasonic SurfaceRolling[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021, 113(5/6): 1307-1330.[83] MULAY A, BEN B S, ISMAIL S, et al. Prediction ofAverage Surface Roughness and Formability in SinglePoint Incremental Forming Using Artificial Neural Network[J]. Archives of Civil and Mechanical Engi-neering, 2019, 19(4): 1135-1149.[84] PATEL K A, BRAHMBHATT P K. A ComparativeStudy of the RSM and ANN Models for Predicting Sur-face Roughness in Roller Burnishing[J]. Procedia Technology, 2016, 23: 391-397.[85] 王晓强, 张彪, 崔凤奎, 等. 超声滚挤压轴承套圈表面性能预测模型建立[J]. 塑性工程学报, 2022, 29(6): 25-32.WANG Xiao-qiang, ZHANG Biao, CUI Feng-kui, et al.Construction of Surface Performance Prediction Modelof Ultrasonic Roll Extruded Bearing Ring[J]. Journal ofPlasticity Engineering, 2022, 29(6): 25-32.[86] MAHMOODI M, NADERI A. Applicability of Artifi-cial Neural Network and Nonlinear Regression to Pre-dict Mechanical Properties of Equal Channel AngularRolled Al5083 Sheets[J]. Latin American Journal ofSolids and Structures, 2016, 13(8): 1515-1525.[87] 张志雄, 付永伟, 王涛, 等. 基于BP神经网络算法的316L不锈钢极薄带热处理力学性能预测[J]. 精密成形工程, 2023, 15(2): 68-77.ZHANG Zhi-xiong, FU Yong-wei, WANG Tao, et al.Prediction of Mechanical Properties of Heat-Treated316L Ultra-Thin Strip Based on BP Algorithm[J]. Journalof Netshape Forming Engineering, 2023, 15(2): 68-77. [88] LI Yang, YU Bo, WANG Bai-cun, et al. Online QualityInspection of Ultrasonic Composite Welding by Com-bining Artificial Intelligence Technologies with Weld-ing Process Signatures[J]. Materials & Design, 2020,194: 108912.[89] FANG Zhi-yuan, ROY K, MARES J, et al. DeepLearning-Based Axial Capacity Prediction for Cold-Formed Steel Channel Sections Using Deep BeliefNetwork[J]. Structures, 2021, 33: 2792-2802.[90] XIE Qian, SUVARNA M, LI Jia-li, et al. Online Predic-tion of Mechanical Properties of Hot Rolled Steel PlateUsing Machine Learning[J]. Materials & Design, 2021,197: 109201.[91] ZEPEDA-RUIZ L A, STUKOWSKI A, OPPELSTRUPT, et al. Probing the Limits of Metal Plasticity withMolecular Dynamics Simulations[J]. Nature, 2017,550(7677): 492-495.[92] HE Yi-fei. Prediction of Recrystallized Grain Size dur-ing Hot Deformation of AZ31 Magnesium Alloy byMonte Carlo Method[J]. IOP Conference Series: Earthand Environmental Science, 2021, 742(1): 012004. [93] CHOKSHI P, DASHWOOD R, HUGHES D J. ArtificialNeural Network (ANN) Based Microstructural Predic-tion Model for 22MnB5 Boron Steel during TailoredHot Stamping[J]. Computers & Structures, 2017, 190:162-172.[94] SUN Zhi-chao, YANG He, TANG Ze. MicrostructuralEvolution Model of TA15 Titanium Alloy Based on BPNeural Network Method and Application in IsothermalDeformation[J]. Computational Materials Science, 2010,50(2): 308-318.责任编辑：蒋红晨第15卷 第7期 精 密 成 形 工 程2023年7月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING63收稿日期：2023–05–10 Received ：2023-05-10基金项目：山西省留学人员科技活动择优资助项目（20210035）；山西省回国留学人员科研资助项目（2020–037）；中央引导地方科技发展资金（YDZJSX2021A006）Fund ：The Fund Program for the Scientific Activities of Selected Returned Overseas Professionals in Shanxi Province (20210035); The Research Project Supported by Shanxi Scholarship Council of China (2020-037); Central Government Guided Local Science and Technology Development Fund Projec (YDZJSX2021A006) 作者简介：赵航（1999—），男，硕士生，主要研究方向为金属材料的微成形。
304L不锈钢热变形过程微观组织演变机制的研究中期报告
304L不锈钢热变形过程微观组织演变机制的研究中
期报告
该研究旨在探讨304L不锈钢在热变形过程中的微观组织演变机制。
本中期报告将从实验方法、实验结果和初步分析等方面进行介绍。
一、实验方法
本研究采用室温下彻底退火的304L不锈钢样品，采用Gleeble-3500热模拟试验机进行热变形实验。
实验温度范围为900℃-1200℃，应变速率范围为0.1s-1和1s-1。
实验后，采用金相显微镜和扫描电子显微镜对样品的微观组织进行观察和分析。
二、实验结果
经过热变形后，304L不锈钢的晶粒尺寸明显变大。
随着变形温度的升高和应变速率的增大，晶粒尺寸变大的趋势更加明显。
同时，实验还发现，在变形温度为900℃-1000℃时，晶粒基本保持多边形的形状；而在变形温度为1100℃-1200℃时，晶粒的边界开始出现曲线形状和拉伸变形。
三、初步分析
304L不锈钢的微观组织演变机制与变形温度和应变速率密切相关。
在高温下，原有的析出物开始消失，晶粒出现再结晶现象；同时，高应变速率会导致晶粒尺寸的快速增长和晶体方向分布的改变，从而影响材料的力学性能。
此外，当温度超过一定值时，材料的强度和塑性开始下降，晶界对变形的影响变得更加显著。
四、结论
通过本次热变形实验和微观组织的分析，初步探讨了304L不锈钢在热变形过程中的微观组织演变机制。
未来的研究将进一步探讨不同加工条件下的微观组织演变机制，以更好地指导制造工艺的优化。
不锈钢超薄板的力学性能及成形极限研究
不锈钢超薄板的力学性能及成形极限研究近十几年来，随着不锈钢超薄板在家电行业及国防装备中的广泛使用，其力学性能及成形极限的研究受到了广大科学家的广泛关注。
经过几年的研究，大量的有关不锈钢超薄板的力学性能及成形极限的实验证明被证明是可行的，为发展不锈钢超薄板的技术提供了重要的理论依据。
不锈钢超薄板的力学性能及成形极限的研究主要是通过模拟实验和理论分析研究相关性能的过程。
实验方面，模拟实验中使用的设备有拉伸机，冲击试验机，疲劳试验机，耐热曲线仪，耐蚀试验机等。
而在理论分析方面，研究者利用计算机仿真技术，运用不锈钢复合材料的微观结构和力学模型，建立不锈钢超薄板微观结构与力学性能之间的关系。
此外，成形极限研究还需要考虑塑性变形、应力集中、应变分布等因素。
在不锈钢超薄板力学性能及成形极限研究过程中，研究过程受不锈钢复合材料微观结构、热处理工艺、塑性变形参数、力学性能计算方法、模拟实验参数等多个因素的影响。
如经过不同的热处理工艺，不同的不锈钢超薄板在热处理前后的室温力学性能有明显差别。
此外，不锈钢超薄板微观结构的大小、形状、碳含量等因素均可能影响其力学性能。
在成形极限研究过程中，模拟实验被广泛应用，但是模拟实验受参数的影响，如件尺寸、材料类型、加载速率等因素，可能会导致成形极限的准确性和可靠性存在较大的偏差。
理论分析方法也在成形极限研究中被广泛应用，它通过研究不锈钢超薄板的微观结构和柔性变形的关系，来预测塑性变形的成形极限。
综上所述，不锈钢超薄板的力学性能及成形极限的研究不仅有助于深入研究不锈钢超薄板的材料性能，而且可以为相关技术的发展提供重要的理论依据。
未来，在此基础上，我们将继续深入研究不锈钢超薄板的力学性能及成形极限，开发出更为先进实用的技术方案，为发展不锈钢超薄板技术和行业做出贡献。
薄板微特征弯曲成形的数值模拟及实验研究
山东建筑大学毕业论文开题报告表班级：成型082姓名：贺美伶论文题目薄板微特征弯曲成形的数值模拟及实验研究一、选题背景和意义作为一种新兴多学科交叉的微型零件加工技术，微细塑性成形技术自从其出现以来，就已部分应用于电子行业微型零件的制造。
然而，由于微小尺度下一系列尺寸效应现象的出现，微细塑性成形技术在成形理论，零件尺度及材料、模具构造、模具制造等方面都明显区别于传统成形工艺，传统的塑性成形理论和技术不能简单地直接用于微细成形领域。
通过对板料微成形工艺的研究，分析总结不同工艺参数下微细板材成形的规律，研究成形力、坯料尺寸及晶粒分布和晶粒位向等参数对微细特征成形的影响规律。
利用有限元分析软件Dynaform对一工艺过程进行模拟，总结研究板料微成形的成形规律。
随着电子工业及精密机械的飞速发展，产品微型化已成为工业界的趋势之一，特别是在通讯、电子、微系统技术（MST）、微机电系统（MEMS）等领域。
在这些领域中，除电子组件外，各种插头插槽、微细螺钉、主框架等微型组件也得到大量使用。
由于MST、MEMS具有体积小、精度高、性能稳定、耗能低、灵敏性和工作效率高、多功能、智能化等优点，正受到国内外科技界的广泛关注，成为各国研究和投资的热点，被业界公认为是与信息技术、生物技术并列的另一个产业增长点。
微成形的应用前景：微形零件的应用主要由以下几个方面：（1）在医疗领域，微起搏器安装在皮肤之下，能连续精确控制药量；微机械学的发展，使得人们研制出更好更小的内窥镜，通过他不仅可以诊断疾病，还可以进行更为复杂的检查，如溃疡。
（2）在航空电子学领域，不断的微型化，将给该领域带来等大的收益，电容性加速器传感器是一种LIGA产品，已被应用于飞机中，并可作为汽车中囊激发装置。
另外，各种飞行器、飞行装置的微型化小型化也离不开其各个组成零部件的微型化和小型化。
（3）在计算机领域，铅架可以说是典型的金属微成形产品，微连接器的使用将使硅片盒的尺寸大大减小，目前使用的芯片盒内部有一个连接器，而使得其体积过分臃肿。
SUS304_不锈钢箔电流辅助微拉伸变形行为研究
编 辑 委 员 会主 任刘 刚（中国兵器装备集团有限公司科技质量网信部主任）副主任吴护林（西南技术工程研究所） 钱一欣（中国兵器装备集团有限公司）陈俊武（中国兵器工业集团有限公司）顾 问卢秉恒（中国工程院院士） 才鸿年（中国工程院院士） 李德群（中国工程院院士）潘复生（中国工程院院士） 单忠德（中国工程院院士） 陈 光（中国科学院院士）国 内 委 员马 相 万 敏 王 斌王克鲁 王同敏 王忠堂 王振民 王雷刚 王新云 车路长冯吉才 付志强 吕学伟邢书明 吉泽升 朱秀荣 伍太宾 任学平 华 林 刘 华刘永长 刘红生 闫 洪宇文建鹏 运新兵 苏彦庆 李 恒 李 峰 李 健 李文亚李东升 李光耀 李志广李奇涵 李明哲 李建军 李海梅 李淑慧 李淼泉 李嘉荣曲迎东 朱苗勇 杨 灴杨弋涛 杨湘杰 连建民 吴开明 吴国清 吴桂林 何丹农何祝斌 沈 军 沈嘉伟张 青 张士宏 张卫文 张双杰 张志峰 张忠明 张治民张建勋 陈 军 陈 威陈 鼎 陈文亮 陈芙蓉 陈泽中 陈维平 陈新平 苑世剑林 鑫 林均品 林建平金泉林 周 杰 周 涛 周华民 郑兴东 单德彬 孟 毅赵 军 赵升吨 赵国群赵祖德 胡亚民 胡红军 胡成武 侯红亮 贺跃辉 聂兰启夏 华 夏琴香 郭 灵郭景杰 海锦涛 徐世伟 袁宝国 鄂大辛 黄卫东 黄少东黄世欣 黄志超 龚 峰康永林 傅铭旺 符永宏 韩 飞 曾 明 曾小勤 曾元松湛利华 谢 谈 雷 声詹 梅 管仁国 管延锦 廖恒成 蔺永诚 黎俊初 樊晓光薛克敏国 外 委 员王志刚（日本岐阜大学） 艺 苑（美国俄亥俄州立大学） 林建国（英国伦敦帝国理工学院） 秦 毅（英国斯克莱德大学） 郭英乔（法国兰斯大学理学院） 曹 简（美国西北大学）第15卷第7期精密成形工程李虎山a,b，曹圆圆a,b，朱成席a,b，丁朝刚a,b，徐杰a,b，单德彬a,b，郭斌a,b（哈尔滨工业大学 a.微系统与微结构制造教育部重点实验室b.材料科学与工程学院，哈尔滨 150001）摘要：目的基于电流辅助微拉伸实验，研究SUS304不锈钢箔的流动应力和微观结构的影响规律，为SUS304不锈钢箔的电流辅助微成形工艺提供指导。
微纳米级可塑性形变的尺寸效应研究
微纳米级可塑性形变的尺寸效应研究近年来随着微纳米技术的进步，微纳米级材料的可塑性形变研究成为了材料学、力学、工程学等领域的热门研究方向。
其中，尺寸效应是微纳米级可塑性形变研究中的一个重要概念。
本文将从尺寸效应对微纳米级材料可塑性形变的影响，以及现有的相关研究进展两个方面进行论述。
一、尺寸效应对微纳米级材料可塑性形变的影响尺寸效应是指材料的尺寸（如长度、宽度、厚度等）在纳米级别时，材料的物理性质如弹性模量、硬度等会随着尺寸的减小发生改变，这种现象称为尺寸效应。
对于微纳米级材料的可塑性形变来说，尺寸也将产生一定的影响。
首先，尺寸效应会导致材料的弹性形变与塑性形变失衡。
通常情况下，微米级以上的材料会发生弹性形变与塑性形变的交替，而纳米级的材料，由于尺寸效应的影响而导致材料的弹性形变明显增强，使材料难以发生塑性形变。
其次，尺寸效应还会引发材料的晶界滑移和位错崩落等过程，这也是微纳米级材料可塑性形变发生变化的原因。
二、微纳米级可塑性形变尺寸效应研究进展针对微纳米级材料可塑性形变尺寸效应的研究，目前主要集中在以下方面：一是通过实验研究探究尺寸效应对微纳米级材料可塑性形变机制的影响。
例如，研究团队将单晶银纳米棒的尺寸减小至21纳米，通过纳米压痕实验发现，当尺寸下降至一定程度时，银纳米棒发生了纳米层错，导致材料的强度急剧下降。
这表明，在微纳米级下，材料的可塑性形变受到了晶体结构的限制。
另外，有研究发现，在微纳米级别下，位错生成与加速扩张是材料的主要形变机制。
这些研究成果为深入理解尺寸效应对微纳米级材料可塑性形变的影响提供了实验方面的支持。
二是运用理论计算模拟方法，研究尺寸效应对微纳米级材料可塑性形变的影响，并提出相应的模型。
例如，研究者构建了一种以界面中原子为自由度的界面位错模型，通过计算模拟的方式，揭示了界面位错在材料波动加载下的动力学行为，为微纳米级材料强度及变形机制的理解提供了新方法。
此外，还有学者提出了一种由结合原子表面动力学和位错理论的方法，用于独立研究尺寸效应对材料强度和塑性形变的影响。
SUS304超薄板的微拉深成形尺度效应
SUS304超薄板的微拉深成形尺度效应I. 引言- 超薄板的微拉深成形的应用和意义- 微拉深成形尺度效应的研究现状及研究意义II. SUS304超薄板的材料性质和试验方法- SUS304超薄板的材料性质介绍- 微拉深成形试验方法III. SUS304超薄板微拉深成形尺度效应的研究- SUS304超薄板的微拉深成形实验及结果分析- 不同尺度下的SUS304超薄板微拉深成形的变形及变形机制- 不同尺度下极限拉深比和壁厚比的变化规律IV. 微拉深成形力学模型及数值模拟- 微拉深成形力学模型介绍- 数值模拟方法及结果分析- 实验和模拟结果的比较分析V. 总结与展望- 概括SUS304超薄板的微拉深成形尺度效应研究成果- 研究中面临的问题和挑战- 对未来微拉深成形尺度效应研究的展望和建议第一章: 引言超薄板的微拉深成形是现代制造业中越来越重要的一种成形工艺。
与传统冷冲压成形相比，微拉深成形具有较高的成形精度、较小的误差、较好的表面质量、较高的生产效率等优点。
在生产汽车、电子、医疗设备等领域，微拉深成形已经广泛应用。
微拉深成形尺度效应是指微拉深成形中出现的成形效应受工件尺寸和比例的影响，因为当工件尺寸减小到一定尺度时，材料的力学性能也会发生改变，因此，微拉深成形尺度效应的研究对于深入了解微拉深成形物理过程和应用具有重要的作用。
本文以SUS304超薄板为研究对象，系统研究了微拉深成形尺度效应。
首先介绍了超薄板的微拉深成形应用和意义，回顾了微拉深成形尺度效应研究的现状和意义。
其次，介绍了SUS304超薄板的材料性质和试验方法，为后续实验和模拟提供数据支持。
然后，通过实验与模拟的方法，研究了SUS304超薄板微拉深成形尺度效应的变形与变形机制，分析了超薄板在不同尺度条件下的极限拉深比和壁厚比的变化规律。
第二章: SUS304超薄板的材料性质和试验方法本章首先介绍了SUS304超薄板材料的基本性质和组成，包括化学成分、晶体结构、机械性能等。
不锈钢超薄板的力学性能及成形极限研究
不锈钢超薄板的力学性能及成形极限研究在近年来，随着技术和材料的不断发展，超薄不锈钢板的性能已被运用到越来越多的领域。
本文对超薄不锈钢板的力学性能和成形极限进行研究，旨在为超薄不锈钢板的使用及开发提供理论依据。
首先，本文将介绍超薄不锈钢板的基本特性。
超薄不锈钢板是一种新型的材料，具有耐腐蚀、耐热、耐冷、耐候、耐强烈磁场等优异特性。
由于超薄不锈钢板超薄，其力学性能相比普通不锈钢板有所提升，这主要体现在其强度、延性、硬度等方面。
这种材料的强度比普通不锈钢板高出20％，而其延性比普通不锈钢板高出40％。
此外，超薄不锈钢板比普通不锈钢板有更好的熔融温度和热膨胀系数，可以为成型加工提供巨大的便利。
其次，本文将讨论超薄不锈钢板的成形极限，以及其影响因素。
成形极限是衡量超薄不锈钢板成形性能的重要指标，如塑性变形限度、塑性强度等，将直接影响超薄不锈钢板性能。
因此，研究超薄不锈钢板的成形极限是非常必要的。
实验研究表明，超薄不锈钢板的成形极限受到热处理工艺参数和冷工艺参数的影响，以及模具尺寸、成形温度等的影响。
因此，为了保证超薄不锈钢板的性能，在成形过程中必须考虑上述所有因素，合理配置热处理、冷处理和成形工艺参数。
最后，本文将探讨有关超薄不锈钢板力学性能的应用。
由于超薄不锈钢板具有极高的力学性能，可用于制造保护性，高负荷和高温条件下的仪器和设备，以及在航空、军事和船舶工程领域的应用等。
此外，超薄不锈钢板还可用于制造设备的结构件，如蒸汽管、热交换器等，用于民用建筑及桥梁等场合，也可用于研究和评估流体在高温条件下的性能。
综上所述，超薄不锈钢板是一种新型材料，其具有极好的力学性能。
超薄不锈钢板的成形极限受多种因素的影响，必须在成形过程中合理配置热处理、冷处理和成形工艺参数。
超薄不锈钢板具有多种应用，可用于制造保护性，高负荷和高温条件下的仪器和设备，以及在航空、军事和船舶工程领域的应用，也可用于研究和评估流体在高温条件下的性能等。
基于小试样的304不锈钢薄板单向拉伸试验研究
基于小试样的304不锈钢薄板单向拉伸试验研究
尚磊;胡建华;单志航;晁爽
【期刊名称】《技术与市场》
【年(卷),期】2024(31)2
【摘要】从在役结构和设备上割取标准尺寸单向拉伸试样检测材料性能对结构的破坏性较大,发展和研究小型试样十分必要。
以304不锈钢为试验材料,应用相似性原理在标准大尺寸试样基础上设计了单向拉伸小尺寸试样,一方面对不同厚度且沿轧制方向不同取向的304不锈钢薄板小试样在室温下进行单向拉伸试验,获得了各条件下材料性能参数,并对性能差异现象进行分析;另一方面采用有限元模拟方法对单向拉伸试验过程进行模拟,对小试样和标准试样模拟结果进行比较,两者的拉伸曲线走向相似、力学性能基本相等,为采用小试样技术对容器设备等进行性能检测提供了可能。
【总页数】5页(P70-74)
【作者】尚磊;胡建华;单志航;晁爽
【作者单位】河北工程大学机械与装备工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
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伸腐蚀试验研究4.A304不锈钢薄板激光焊工艺试验研究5.SUS304-2B不锈钢薄板加工硬化及退火软化的试验研究
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基于尺度效应的微细薄板本构模型的建立
2 基于尺度效应的材料本构模型
通常情况下 , 如果不考虑材料的尺度效应 , 可 以采用 Sw ift模型建立基本的材料模型,
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根据单向拉伸实验数据, 从每个厚度的试样 的应力 - 应变曲线取 10 个点来进行计算. 因此,
在本文中, 对于不同厚度的试样, 根据单向拉伸
Abstract : To study the size effect on for m ing process of m icro sheet m eta, l the un iax ial tensio n experi m en t w as conducted w ith the A ISI stainless sheet m etal w ith the thickness o f 0 1mm, 0 2mm, 0 3mm, 0 4mm, 0 5mm and 1mm. Experi m enta l data show that th e flow stress increases w ith the in creasin g of th e sheet m eta l th ickness w hen the thickness is sm aller than 1mm. Based on the experi m ental data , the sheet th ickness factor is introduced into the Sw ift m odel to estab lish the size effect dependant constitut iv e m ode, l whose result is in good accordance w ith the experi m enta l data . K ey w ord s : size effec; t m icrofo r m in g ; m icro sheet m eta;l constitutive m ode;l un iax ial tension 产品微型化已成为工业界不可阻挡的趋势, 特 别表现在通讯、 电子、 微系统技术 (M ST )、 微机电系 [ 1] 统 ( ME M S)等领域 . 目前, 微形螺栓、 连杆以及弹 簧等微形零件已广泛应用在手机、 笔记本电脑、 微 型导航系统、 医疗器械以及微型传感器等. 据估计, 随着产品微型化概念的发展, 在未来 5年中, 由微型 [ 2] 化概念带来的微细产品交易高达 15~ 35亿美元 . 微成形 ( m ic rofor m ing)工艺是一种有效地微细 加工 ( m icro fabrication)工艺. 当成形过程的尺度降 至微细尺度时 , 由于尺度效应的存在, 使得传统的 [ 3~ 8 ] 成形工艺理论不能直接应用到微成形工艺中 , 因此 , 必须对微成形过程的尺度效应进行深入的研
微细制造实验指导-尺度效应
《微细制造课程》实验指导——材料尺度效应一、实验简介微细制造过程中，由于制品整体或局部尺度的微小化而引起的尺度效应现象，使得材料成形机理及材料变形规律等方面不同于传统成形过程。
在金属薄板成形方面，由于尺度效应的影响，随着样件尺度的减小,流动应力也呈现减小的趋势，同时伴随着成形极限降低等现象。
二、实验目的通过不同尺度下SS304不锈钢样件的单向拉伸实验，观察尺度的变化对于试样成形过程中流动应力及成形极限等方面的影响。
三、实验准备试样制备：实验采用SS304不锈钢作为试样材料，其尺寸如下所示：图1 试样尺寸标定表1 试样尺寸试样①试样②试样③L (mm) 185 104.4 54B (mm) 50 30 20A (mm) 60 30 10W (mm) 12.5 7.2 2R (mm) 12.5 7.2 2T (mm) 1 0.5 0.1实际试样如下图所示：试样①试样②试样③图 3 试样实物图四、实验过程及注意事项1、实验过程：（1）试样装夹前，测量试样测试段的宽度W及厚度T，并在适当位置（标距处）粘贴激光引伸计反光片；（2）装夹试样时，先固定下夹头后夹紧上夹头；安置激光引伸计后读取当前标距数值并做记录；（3）装夹完毕后，向拉伸软件输入试样宽度W、厚度T及标距值，并在选取合适拉伸参数后开始拉伸过程。
2、注意事项：（1）获取试样测试段宽度W及厚度T时，要求采用多次测量取平均的测量方法保证精度；（2）试样装夹时，需保证试样中心线与夹具中心线重合；夹紧过程中，注意缓慢施加夹紧力，防止试样出现塑性变形。
五、实验报告要求（1）以小组为单位，认真撰写并提交纸质文档实验报告；（2）认真记录实验测量结果；（3）绘制不同尺度下拉伸试样的（真）应力应变曲线；（4）利用比例方法（scale law）分析材料尺度效应现象；（5）分析实验差异，给出合理的解释；（6）实验成绩按一定系数计入课程最后成绩；。
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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。