多相金屬材料介觀尺度塑性變形機制研究

《多相金屬材料介觀尺度塑性變形機制研究》是依託上海交通大學，由張衛剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多相金屬材料介觀尺度塑性變形機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張衛剛
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

微塑性成形技術是實現高造價的微型零件批量生產、降低製造成本的有效途徑。但由於微觀組織及其變形的非均勻性而引起的材料巨觀塑性行為變化，嚴重製約微成形工藝的穩定性。因此如何構建非均勻材料的介觀尺度模型是解決微成形技術套用難題的關鍵途徑之一。.本項目針對多相金屬材料微成形過程中的微觀組織及其變形的非均勻性，探索介觀尺度下多相組織變形特徵以及應變硬化規律，構建動態強化本構模型。首先，基於介觀尺度材料成形原位觀測，建立多相組織介觀尺度材料變形場模型；其次，基於位錯理論及等功原理，建立介觀尺度多相材料混合硬化準則；再次，研究複雜變形條件下介觀尺度材料多相變形特徵，採用連續介質力學理論建立介觀尺度多相材料動態強化模型；最後，構建介觀尺度薄板成形性能評價方法，研究工藝參數對微衝壓成形過程的影響規律，結合穩健性設計方法，實現介觀尺度多相金屬薄板成形性能控制。為微細結構零件的大批量、高效率製造提供理論基礎。

結題摘要

項目以介觀尺度下多相微觀組織非均勻性為研究切入點，基於多相微觀組織介觀尺度變形原位觀測，採用PIM方法建立多相組微觀組織變形場模型；基於位錯理論為基礎，結合微觀組織非均勻特性，建立多相金屬材料混合硬化準則；研究微觀組織背應力變化規律，基於連續介質力學構建多相材料本構關係；構建成形失效因子，研究多尺度多相材料成形極限變化規律，研究工藝參數對多相材料失效因子的影響規律，結合穩健性設計方法，實現對介觀尺度金屬薄板成形過程工藝參數最佳化配置。 （1）多相組微觀組織介觀尺度變形場模型。以DP800為研究對象，搭建原位觀測平台，基於PIM計算方法的M、F應變，建立各相與材料巨觀應變之間的關係，結合等功原理以及正交流動法則，建立微觀組織應變場模型。 （2）多相金屬材料介觀尺度混合硬化準則。基於納米壓痕實驗研究軟硬相之間的相互作用；基於M-K位錯模型，構建各相組織的硬化方程；基於等功原理及微觀組織變性特徵，建立多相金屬材料介觀混合硬化準則；研究微觀組織晶粒尺寸、含量以及材料的強度級別的變化對材料硬化特性的影響規律；基於表面層理論，研究幾何尺寸效應對材料硬化性能的影響規律；考慮應變梯度對材料微觀組織非均勻性影響，研究幾何必需位錯以及晶粒尺寸非均勻分布對材料非均勻硬化的影響規律。 （3）多相金屬材料介觀尺度動態強化本構模型。構建多相混合準則構建背應力模型，結合多相金屬材料介觀混合硬化準則以及Hill48屈服方程,基於經典連續介質力學理論，考慮包氏效應，建立多相金屬材料混合本構關係，並以DP590為例研究材料硬化特性、杯形件衝壓性能以及U型件回彈性能。 （4）介觀尺度金屬薄板成形衝壓成形性能研究。考慮材料局部塑性功、應力集中係數以及應力三軸度為主要參數，構建多相材料成形失效因子，研究尺寸效應對材料FLD的影響規律；通過原位拉伸中微觀組織觀測，研究微觀組織裂紋產生機制、裂紋擴展規律；基於成形失效因子D，研究不同尺度條件下杯形件衝壓過程中，材料參數、成形參數、模具幾何參數對成形失效因子D影響規律；選取材料n值、模具間隙c，凹模圓角R，摩察係數 、壓邊力BHF為杯形件衝壓成形最佳化參數，結合正交實驗方法，構建尺寸效應下材料衝壓成形工藝參數配置回響面方程，並通過最佳化方法實現參數最佳化。