金屬塑性行為受到變形體幾何尺寸大小的影響，即稱“體積效應”或“尺寸效應”（Size or Volume Effect）。一些研究表明，室溫下塑性隨著變形體幾何尺寸的增大而減小，但當尺寸達到一定值後，塑性不再隨尺寸增大而降低。尺寸（體積）因素對塑性影響的現有理解是：隨著變形體尺寸增大，其化學成分和微觀組織越不均勻，內部缺陷也越多，所以導致塑性降低。
基本介紹
- 中文名：體積效應
- 外文名：Volume Effect
- 又稱：尺寸效應
- 內容：金屬塑性受幾何尺寸的影響
- 影響：隨尺寸增大，塑性降低
- 屬於：材料學
體積效應的研究意義,體積效應的基本概念,體積效應的研究現狀,
體積效應的研究意義
實際生產中，零件的大小往往差別很大。當變形體的體積改變時，與體積有關的各種機械量、物理量也會發生相應的變化，從而產生所謂“體積效應”。現有研究發現，體積效應及其導致的變化（如晶格層錯、表面缺陷數、量子效應及介質不連續等）致使微觀領域的許多物理現象與巨觀領域相比較有顯著差異，甚至相悖。但迄今為止，在與材料性能相關的研究中，通常在有限的尺寸範圍採用標準化試樣進行實驗。而實際製件有時要比標準試樣大很多倍或小很多倍，此時如果不考慮體積因素對材料性能的影響，就會帶來較大的誤差。對AZ31而言，要準確理解其塑性變形行為，就必須考慮體積效應等因素的影響。
體積效應的基本概念
人們很早就在實踐中發現，金屬塑性行為受到變形體幾何尺寸大小的影響，即稱“體積效應”或“尺寸效應”（Size or Volume Effect）。一些研究表明，室溫下塑性隨著變形體幾何尺寸的增大而減小，但當尺寸達到一定值後，塑性不再隨尺寸增大而降低。尺寸（體積）因素對塑性影響的現有理解是：隨著變形體尺寸增大，其化學成分和微觀組織越不均勻，內部缺陷也越多，所以導致塑性降低。對於鑄件來說，大鑄件內部缺陷明顯多於小鑄件，因此塑性變化明顯；其次，大變形體比幾何相似的小變形體具有較小的相對接觸表面積，由外摩擦引起的三向壓應力狀態就較弱，會導致塑性有所降低。因此，由小試樣或小鑄錠所獲得的實驗結果和數據用於實際生產時，應考慮尺寸因素對塑性的影響。
體積效應的研究現狀
體積效應對材料的塑性流變行為、摩擦特性等均有很大的影響。在所有的材料成形工藝中，幾乎都表現出隨不同的加工變形條件而有所變化的體積效應。
目前，塑性成形領域對體積效應的研究主要集中在微成形。微成形的過程不能簡單的理解為巨觀成形過程的等比微型化，其主要原因在於：微型件的尺寸和成形工藝參數如果等比例縮小，但材料晶粒度、微觀組織缺陷及表面摩擦等一些條件仍然維持絕對不變。
Raulea等通過對微圓環壓縮實驗研究發現，摩擦係數隨著試樣尺寸減小而增大；當試樣外徑為4.8mm時，摩擦係數為0.12；而試樣外徑為1mm時，摩擦係數就增加到0.22。Engel等通過雙杯擠壓實驗研究了微成形摩擦尺寸效應，發現隨著試樣微小化的增加摩擦明顯增大：當試樣直徑為4mm時摩擦因子為0.02，而對最小試樣測得的摩擦因子為0.4。
Geiger等人在對紫銅、純鋁、黃銅等金屬材料的微鐓粗和微拉伸實驗中發現，隨著試樣尺寸縮小因子λ減小到0.1時，流變應力最多減小20%，即顯出“越小越弱”的現象。Kals等人利用板料拉伸實驗發現，材料的塑性隨著試件尺寸的減小而下降，並且各種材料的塑性隨著尺寸的減小差距也在減小；材料的塑性隨著試樣晶粒尺寸的增大而下降。對這類體積效應的現象，他們認為是隨著試樣體積的減小，出現頸縮和局部剪下的部分增多，從而引起材料塑性下降。Michel等通過單向拉伸試驗研究了CuZn36薄板成形過程中的尺寸效應，在等寬厚比情況下，板厚從0.1mm增加到0.2mm之間，流變應力減小。Raulea等通過拉伸和沖裁試驗對板厚從0.17mm到2.0mm的薄鋁板進行研究，發現當晶粒尺寸不變時，隨著坯料厚度的減小屈服強度降低。
