A Novel Technique to Manufacture Nanostructured Materials by Machining

超细晶和纳米晶材料通常比其粗晶材料具有更高的硬度、强度和更好的耐磨性。切削是一种大批量、低成本制造纳米结构金属和合金的新颖方法。切削是一种典型的大应变加工工艺,它可以在切屑成型的一个单一的变形过程中施加更大的应变,而且也适合高强度的金属和合金,克服了剧烈塑性变形方法的局限性。本文详细介绍了切削加工的大应变变形、切屑的微观结构和性能,同时提出了一些改进措施和发展前景。     

A Novel Technique to Manufacture Nanostructured Materials by Machining

超细晶和纳米晶材料通常比其粗晶材料具有更高的硬度、强度和更好的耐磨性.切削是一种大批量、低成本制造纳米结构金属和合金的新颖方法.切削是一种典型的大应变加工工艺,它可以在切屑成型的一个单一的变形过程中施加更大的应变,而且也适合高强度的金属和合金,克服了剧烈塑性变形方法的局限性.详细介绍了切削加工的大应变变形、切屑的微观结构和性能,同时提出了一些改进措施和发展前景.     

切屑折断过程的声发射特性

对车削过程中的声发射特性进行了试验研究，结果表明：切削过程中产生突发型特性的剪切滑移，切屑折断、刀具破损的声发射信号各不相同；切屑形状与声发射信号特征有一定的对应关系。     

切屑数值模拟研究之中碳钢的高速加工

通过建立的正交切削有限元模型,采用Cockroft-Latham切屑断裂标准作为工件材料失效准则对45号钢高速加工过程进行了数值模拟,得到了崩碎状切屑的形成过程。并对切削过程中获得的切削力曲线及切削温度场分布进行了分析。加工过程中由于崩碎状切屑的不断产生导致切削力及切削温度产生较大的波动。数值模拟结果为进一步研究45号钢高速加工切削机理及切削参数优化、刀具几何尺寸的设计提供了基础。     

切屑形成的电镜研究

切削过程中金属层流过剪切区发生塑性变形后形成切屑。抛光的板状纯铁作被加工材料,通过刨屑快速退刀获得的切屑,用光学显微镜及扫描电子显微镜观察切屑层片内的表面滑移带。滑移带的数量、形状和分布,可反映金属塑性变形的程度和方向,并可间接地推测位错均行为。滑移带间距为1—3μm,带与带之间基本上无塑性变形。层片宽度为30—50μm,比滑移带间距大一个数量级,各层片内有数量不等的滑移带。研究结果说明在一般切削条件下,(a_p=0.3,O.7mm),切屑形成由层片间发生相互变形和层片内晶面发生滑移引起的。     

大应变切削制备纳米晶/超细晶切屑形成机理的有限元研究

本文建立了大负前角和钝圆半径联合作用的大应变切削模型,采用有限元Deform分析软件模拟较低的切削速度下,刀具前角和钝圆半径对切屑形态、应力、应变、应变速率、切削温度和切削力的影响。实验结果显示,随着刀具前角的减小和钝圆半径的增加,切削变形区中等效应变、应力、应变速率、切削温度和切削力均有一定程度的增加,且刀具前角相比钝圆半径具有更加重要的影响,而负前角切削时,钝圆半径的作用明显减弱。大负前角低速切削条件下,切屑在相对低的温度、较高的应变速率和应力下发生大剪切应变,形成具有纳米晶/超细晶结构和高硬度的切屑材料。     

二维金属切削的热力耦合模型及数值模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性问题,还涉及到热力耦合问题.针对典型的正交切削工艺,采用大型商业有限元软件MSC.Marc,基于热弹塑性有限元方法并在一定假设的条件下建立了考虑金属正交切削热力耦合有限元模型.分析了切屑分离准则、自适应网格等切屑加工模拟的关键因素.对建立的模型进行了有限元分析,得到了切屑成形、温度分布、切削力变化等结果.     

横向卷曲切屑宽度的理论预测

通过切削试验发现，切屑宽度直接影响切屑横向卷曲半径，进而影响切屑折断性。因此，基于切削刃弦理论，推导了切屑宽度的理论计算公式，并通过试验证了其正确性，从而为切屑横向卷曲半径及切屑折断性的预测奠定了基础。     

纳米/超细晶切屑形成机理的有限元研究

建立了大负前角和钝圆半径联合作用的大应变切削模型,采用有限元分析软件模拟较低切削速度下刀具前角和钝圆半径对切屑形态、等效应变、应力、应变速率、切削温度和主切削力的影响.结果显示,随着刀具前角的减小和钝圆半径的增加,切削变形区中的等效应变、应力、应变速率、切削温度和主切削力均有一定程度的增加,且刀具前角比钝圆半径影响更为显著;负前角切削时,钝圆半径的作用明显减弱;大负前角低速切削时,切屑在相对低的温度、较高的应变速率和应力下发生大剪切应变,形成具有纳米/超细晶结构和高硬度的切屑材料.     

硬脆颗粒增强金属基复合材料的切屑形成机理

颗粒增强金属基复合材料具有非均匀的显微组织结构,在切削力作用下其剪切变形不是在一个平面内而是在一个有相当厚度的区域内完成,传统的单一剪切平面模型不适合用于这类非连续增强型复合材料的切削分析．颗粒增强复合材料基体的塑性变形始终受到不可塑性变形颗粒的干扰,故在复合材料成屑过程中裂纹的形成和扩展起重要作用,并由此决定了切屑的基本形态．分析了材料进入剪切变形区后发生的非定向连续滑移、剪断和基本稳定滑移三种情况．     

纳米晶材料进展及其机械加工技术

由于纳米材料具有独特的声、光、电、磁、热性能和优异的机械性能,它忆成为材料科学中的一个新研究领域。本文综述了纳米材料最新研究进展,详细介绍了纳米材料的各种制备方法,并对纳米材料的成型技术及机械加工技术进行了初步探讨。     

纳米晶体材料的本构模型研究进展

纳米晶体材料具有优异的力学性能，近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料的力学行为和本构模型进行了深入的研究。有针对性地回顾了国内外纳米晶体材料本构模型的研究工作，对国际上最新成果进行了评述，指出了尚未解决的一些关键技术问题。结合相关领域的最新研究成果，提出了今后应着重研究的4个关键点分别为：纳米晶体相与应变速率和晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程、晶界相与应变速率和晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程、含孔隙多相复合夹杂体的协调变形力学理论研究、实验制备和表征，并就这4个关键点提出了一些思路与建议。     

“切削深度”——的定义应予修正

对现行金属切削教材、设计手册及有关文献的“切削深度”定义进行了研究,论述该定义应用场合的局限性及不可操作(确定)性,分析并提出了能适用于各种切削加工情况的且易于操作(确定)的“切削深度”的定义的修正意见。     

金属切屑中绝热剪切变形

分析金属高速变形的绝热剪切塑性失稳现象,并引入金属切削领域,阐述金属切屑中热塑失稳机理,并讨论绝热剪切带的特征.     

压缩比对大应变挤出切削过程影响的有限元分析

介绍纳米晶材料的加工前景和纳米晶带材的一种制备方法,即大应变挤出切削。建立了基于大变形有限元理论的平面应变正交切削有限元仿真模型。采用Deform对切削过程进行仿真,研究了切削过程中压缩比对切削力、等效应力、等效应变和切削温度的影响,旨在探索大应变挤出切削过程中压缩比对切削过程的影响规律,优选出合理的切削参数。     

多晶材料的微铣削建模与实验研究

对微铣削多晶材料的加工机理进行了详细分析,建立了相应的加工过程模型.重点考虑了最小切屑厚度和材料金相组织的作用,并对微铣削力和加工表面生成的影响因素进行了细致分析.分析发现多晶材料不同的晶粒特性会导致生成表面产生波动,并致使切削力产生附加振动.最小切屑厚度将决定刀具对晶粒是否进行材料去除,并使切削过程产生高频波动.大量的实验研究表明,模型准确地预测了微铣削现象,对优化加工参数、提高生产效率和加工质量提供了理论基础.     

纳米金属Cr在酸性介质中腐蚀电化学行为

为探究纳米材料的腐蚀机理,采用机械合金化通过热压制备了纳米金属Cr,并与常规尺寸金属Cr对比研究了其在酸性介质中的腐蚀性能.结果表明:当晶粒尺寸细化到纳米级后,金属Cr腐蚀电流密度增大,耐蚀性能下降;随着酸度的增加,常规尺寸和纳米尺寸金属Cr腐蚀电流密度加大,耐蚀性能下降.两种尺寸金属Cr在中性Na2SO4介质中均出现钝化现象,但常规尺寸金属Cr的钝化区间较宽;常规尺寸金属Cr在加入H+后,钝化减弱,而纳米尺寸金属Cr在加入H+后,钝化现象消失;两种尺寸Cr的交流阻抗谱均呈单容抗弧特征,对纳米材料的应用具有重要意义.     

多孔体材料在镦粗变形过程中表面裂纹的有限元预测

将传统的镦粗试验方法用于多孔体材料的塑性变形过程．以多孔体材料的塑性理论为基础,采用体积可压缩的刚塑性有限元法模拟多孔体材料的塑性变形过程．同时以Ｌｅｅ－Ｋｕｈｎ通过实验获得的局部应变极限准则为破裂条件,获得了在不同摩擦因子、高径比和初始相对密度条件下鼓形部位出现破裂的极限工艺参数．将模拟６０１ＡＢ多孔体材料的结果与Ｌｅｅ－Ｋｕｈｎ实验结果进行了对照．