鐓粗試驗是研究材料流動的基本試驗之一。主要套用於錐形板鐓粗新工藝、水壓機餅類鍛件，如圓盤鍛件、鋼板鍛件和封頭鍛件等。坯料和變形區中每個晶粒的大小、晶粒取向、晶粒形狀及變形等對整體變形的影響明顯增強，出現了所謂的“尺度效應”現象，由此導致材料流動及流動應力等呈現出不同於傳統巨觀尺寸下的特點。為了找出這些新特點來指導微成形的工藝設計，有必要對微小尺寸下的材料流動及流動應力的特點進行試驗研究。
基本介紹
- 中文名：鐓粗試驗
- 外文名：needle
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 釋義：研究材料流動的基本試驗之一
- 套用：圓盤鍛件、鋼板鍛件和封頭鍛件
簡介,試驗坯料製備,試驗設備,總結,
簡介
隨著電子工業及精密機械的飛速發展，產品的微型化已成為一大發展趨勢。電子和微機械部件的高集成化和微型化的趨勢，使得對微小零件和高精度金屬部件的需求日益增加。金屬成形技術雖然可以滿足這類微小零件的大規模生產，但作為一種全新的金屬塑性成形技術微成形，在許多方面都區別於傳統的成形技術。在微成形過程中，由於坯料及變形區尺寸的縮小，整個坯料及變形區只由有限晶粒構成，晶粒尺寸相對變大。在這種情況下，坯料和變形區中每個晶粒的大小、晶粒取向、晶粒形狀及變形等對整體變形的影響明顯增強，出現了所謂的“尺度效應”現象，由此導致材料流動及流動應力等呈現出不同於傳統巨觀尺寸下的特點。為了找出這些新特點來指導微成形的工藝設計，有必要對微小尺寸下的材料流動及流動應力的特點進行試驗研究。
研究材料流動的基本試驗主要有拉深和鐓粗兩種方法。由於受到頸縮的限制，拉深試驗不能獲得較大變形量下的數據，因此不能較精確地描述大變形條件下材料流動及流動應力特點，而實際塑性成形工藝中的變形量往往很大，導致拉深所得數據適用範圍有限;墩粗試驗能夠獲得較大變形量下的數據，可較為精確地描述大變形條件下材料流動及流動應力的特點。因此，為了獲得較大變形量下的數據以更好地接近微成形工藝及模具設計的特性，採用了墩粗試驗。
試驗坯料製備
由於坯料尺寸微小和較高試驗精度的要求，微型墩粗試驗在坯料製備、潤滑、坯料定位等方面與傳統巨觀尺度下的試驗都有所不同。另外由於面心立方金屬晶體的相關理論研究較為成熟，為了便於對數據進行理論分析，試驗材料選用的是典型面心立方金屬銅。
由於坯料尺寸微小且具有細微結構以及其表面對劃痕、毛刺等缺陷的敏感性增強，傳統坯料加工工藝已不再適用。因此必須採用高精度特殊加工手段來製備坯料。試驗用坯料是銅絲(直徑為0. 97mm)經線切割後拋光製成的高徑比約為1的微型圓柱體。為了觀察不同晶粒度對變形的影響程度，坯料經惰性氣體保護分別在430℃加熱1h,700℃加熱8h和700℃加熱24h以使晶粒長大，然後爐冷，以獲得不同大小的晶粒。
試驗設備
在室溫下採用不同的壓下速度(50μm /min和100μm/min)對不同晶粒度的坯料進行試驗。由於坯料比較微小，對試驗精度要求比較高，因此選用的位移精度為1μm，力精度為0. 5%的Zwick /RoellZ020萬能試驗機。試驗過程中以固定時間頻率測量金屬的塑性變形是構成金屬的大量具有隨機取向的各向異性晶粒沿不同方向的滑移和孿生。在變形過程中，由於晶粒間變形協調、應力平衡及晶粒取向、形狀、尺寸等的限制，各晶粒的變形先後不一致，有些晶粒變形較大，有些則變形較小。因此，從絕對角度來看，金屬塑性變形是不均勻的，但是，當坯料的尺寸處於巨觀尺度時，儘管各個晶粒的變形情況各不相同，但由於晶粒數目巨大，故單個晶粒的變形對整體變形的貢獻十分微小，因此從巨觀角度來看，變形是均勻的。
當坯料尺寸減小到微觀尺度時，構成坯料的晶粒數目減少。在這種情況下，單個晶粒的形狀、尺寸、取向等對整體變形的影響增大，材料整體上呈現出各向異性，材料流動及應力場、應變場分布出現不均勻。隨著變形量的增大，各個晶粒產生轉動，使滑移方向與受力趨於一致以利於材料流動，加劇了材料流動的不均勻。另外，隨著變形量的增大，坯料表面積與體積之比增大，導致處於表面的晶粒個數增加，材料所受約束減少，各向異性增強，也進一步加劇了材料流動的不均勻。
總結
通過微型鐓粗試驗，得到微小尺度下材料流動及流動應力區別於巨觀尺寸的新特點：
1.材料流動呈現出各向異性，隨著壓下量的增大而更加明顯。
2.材料出現先硬化後軟化現象，在相同變形量條件下，流動應力出現明顯波動;晶粒尺寸不同，硬化向軟化轉換的拐點也不同。
3.屈服應力降低，出現大幅度波動;晶粒尺寸越大，屈服應力降低的越明顯。
4.變形速度對材料流動、屈服應力、流動應力影響不太明顯。
