微成形微细坯料细晶与微观结构调控方法及增塑机理研究

Micro forming technology oriented towards micro-parts production has attracted much attention in recent years. The deformation qualities of micro-parts in microscale are heavily relying on microstructures and properties of the micro-size billets. This project carries out research in order to refine grain size and control microstructure of the micro-size billets. The research aims to explore the methods of current assisted repetitive roll bending and straightening processes that are suitable for deformation refining of micro-size billets containing thin sheets, foils, wires and so on, to analyze the effects of current assisted repetitive roll bending process parameters on grain refining results and to reveal its fine grain promoting and plasticity improving mechanisms; Thermo-mechanical processing is employed to control the microstructure of micro-size billets and the effects of process parameters on grain orientation, grain boundary types and proportion, grain boundary connectivity are studied. The variation of morphology and distribution of dislocations in grain interior, low ΣCSL boundary and random grain boundary and its impacts on deformation behavior of micro-size billets before and after microstructure controlled are analyzed, and then the plasticity improving mechanism of microstructure controlling is revealed. The research for this project will provide theoretical methods and technical support on pre-treatment technologies of micro-size billets, which has important theoretical significance and application value to promote the development of micro forming technologies.

面向微型件制造的微成形技术成为近年来研究热点。尺度微小化使微型件的成形质量强烈依赖于其微细坯料的微观结构与性能，项目针对微成形用微细坯料开展细晶及微观结构调控研究。研究建立适合于薄板、箔及丝等微细材料形变细晶的连续滚弯校直工艺方法及其电流辅助系统，分析微细材料电流辅助连续滚弯工艺参数对形变细晶效果的影响规律，揭示电流辅助工艺对微细材料连续滚弯形变细晶的促进机制及增塑机理；采用形变热处理方法进行微细材料微观结构调控，研究微观结构调控工艺参数对微细材料晶界类型及其比例、晶界网络连通性等微观结构的影响规律，分析微观结构调控前后微细材料晶粒内部、低重位点阵晶界和随机晶界处位错的形态、分布以及晶界网络连通性等微观结构的变化及其对微细材料变形行为的影响规律，揭示微尺度下微观结构调控的增塑机理。项目研究为微成形用微细坯料的预处理提供理论方法与技术支持，对促进微成形技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。

项目针对微成形用微细材料制备中形成的微观结构及性能存在不足问题，提出采用适合于薄板或箔材及丝材的连续滚弯校直、反复拉弯、扭转等形变工艺方式并辅以退火或电脉冲处理进行微细材料的形变细晶及增塑研究。研究获得了滚弯形变道次对纯铜薄板细晶及力学性能变化的影响规律以及电流密度、频率、脉冲宽度、持续时间等脉冲参数对多道次形变铜薄板的微观组织和力学性能的影响规律及尺寸效应现象，并通过微观表征，揭示了反复滚弯校直形变细晶及电脉冲作用的增塑机制。采用镦拉扭等形变方式耦合退火处理工艺对不锈钢、纯镍等微细丝材进行了形变热处理晶界调控研究，获得了不同形变方式下形变量与退火时间、退火温度对晶界特征及塑性的影响规律，发现晶界调控中的非共格Σ3晶界比例对增塑效果具有直接影响，并通过微观表征，揭示了形变热处理过程中晶界特征演化规律和增塑机制。研究了拉弯和扭转形变及电脉冲处理对在微成形领域具有潜在应用的NiTi形状记忆合金薄板性能的影响，获得了拉弯道次、扭转形变、退火工艺、电脉冲参数对NiTi形状记忆合金薄板/细丝相变行为及超弹性性能的影响规律，研究发现拉弯形变可以显著细化NiTi合金薄板的晶粒尺寸，同时形变电脉冲耦合作用促进第二相粒子析出及其弥散分布，从而实现了NiTi薄板功能特性的提升。项目研究为微成形用微细材料的细晶与增塑处理提供了有效方法，研究获得的形变热处理细晶及晶界调控增塑机制及电脉冲作用机制为微细材料预处理工艺提供了理论基础，研究获得的形变热处理及电脉冲工艺条件对微观结构与性能的影响规律为微细材料预处理技术应用提供了技术支持。项目研究获得的成果，对微成形技术的发展具有重要的理论意义与应用价值。