Effetto interattivo della microstruttura e della dimensione della cavità sul comportamento di riempimento nella microconiatura del nichel puro

Scientific Reports volume 6, numero articolo: 23895 (2016) Citare questo articolo

2041 Accessi

21 citazioni

Dettagli sulle metriche

In questo studio sono stati studiati gli effetti interattivi della microstruttura e della dimensione della cavità sui comportamenti di riempimento nella microconiatura. I risultati indicano che la capacità di riempimento dipende fortemente sia dalla larghezza della cavità t che dal rapporto tra larghezza della cavità e dimensione del grano t/d. Il rapporto critico t/d per la peggiore capacità di riempimento aumenta con la larghezza della cavità t e tende a scomparire quando la larghezza della cavità t aumenta fino a 300 μm. Viene proposto un modello di riempimento policristallino che considera l'effetto della dimensione dell'attrito, l'effetto dei grani vincolati dagli strumenti, la dimensione dei grani, la larghezza della cavità e il rapporto tra la larghezza della cavità e la dimensione dei grani per rivelare l'effetto della dimensione del riempimento nella micro coniatura. Viene proposto un metodo quasi in situ di diffrazione di retrodiffusione di elettroni (EBSD) per studiare il meccanismo di riempimento nel micro conio. Quando diversi grani attraversano la larghezza della cavità, ciascun grano si deforma in modo eterogeneo per coordinare la compatibilità della deformazione. Quando è presente un solo grano lungo la larghezza della cavità, il grano viene frammentato in numerosi grani più piccoli con un certo prolungamento lungo la direzione di estrusione per coordinare la deformazione nella cavità. Questo è diverso dalle intese precedenti. Quindi il meccanismo di deformazione del riempimento viene rivelato da un modello proposto che considera il flusso plastico nel micro conio.

Le microparti metalliche trovano ampia applicazione nel settore automobilistico, biomedico e dell'elettronica di consumo e con il rapido sviluppo dei microsistemi elettromeccanici (MEMS) e della tecnologia dei microsistemi (MST)1,2,3,4. Negli ultimi due decenni, la microformatura come nuova tecnologia di microproduzione ha svolto un ruolo importante nella produzione di microparti metalliche. Quando le dimensioni delle parti metalliche si riducono alla microscala, si verificano effetti dimensionali che limitano il rapido sviluppo della microformatura5. È necessario studiare in modo approfondito i comportamenti deformativi nella microformatura. Fu et al.6 hanno scoperto che lo stress da flusso diminuisce e la sua dispersione aumenta con l'aumento della dimensione del grano o con la diminuzione del diametro del campione mediante test di microcompressione di cilindri in rame puro. La riduzione dello stress di flusso con la miniaturizzazione può essere interpretata dai modelli di superficie e dai modelli di superficie modificati1,7,8,9,10,11 basati sull'effetto di ammorbidimento della grana superficiale con superfici libere. Wang et al.12 hanno rivelato la dispersione dello stress da flusso in microcompressione attraverso il modello proposto considerando la distribuzione dell'orientamento della grana superficiale. Wang et al.13,14 hanno scoperto che lo stress da flusso aumenta quando sono presenti meno di 3-4 grani nel diametro del campione in microcompressione e hanno rivelato il meccanismo attraverso il modello proposto considerando l'effetto dei grani superficiali, interni e vincolati. Chan et al.15 hanno scoperto che il grado di deformazione disomogenea aumenta con l'aumento della dimensione del grano nel processo di microestrusione del rame puro. Cao et al.16 hanno scoperto che i microperni estrusi si curvano quando si utilizzano materiali a grana grossa. Lin et al.17 hanno proposto un modello basato sulla teoria della plasticità cristallina per rivelare la curvatura nella microestrusione di materiali a grana grossa. Meng et al.18 hanno prodotto una parte flangiata multilivello mediante microestrusione e tranciatura progressiva e hanno studiato l'effetto della dimensione del grano sull'evoluzione della microstruttura e sui comportamenti di frattura nella microformatura progressiva. Meng et al.19 hanno anche studiato l'evoluzione della microstruttura del titanio commercialmente puro nella mesoformatura termo assistita di un abutment dentale. I grani superficiali sull'estruso quadrato generano una struttura equiassica a causa della grave deformazione, riflettendo che la mesoformatura a temperatura elevata facilita l'omogeneizzazione del flusso di materiale senza ingrossare la dimensione dei grani. Kim et al.20 hanno prodotto alberi per microingranaggi di buona qualità attraverso il processo ECAP. Wang et al.21 hanno sviluppato un metodo basato su funzionalità per un processo di forgiatura a freddo privo di difetti per produrre una microparte non assialsimmetrica. Yang et al.22 hanno studiato l'effetto dell'assistenza ad alta energia sui processi di micro imbutitura profonda e micro forgiatura. La formabilità e la rugosità superficiale sono state migliorate. Wang et al.23 hanno prodotto una microturbina mediante un processo di microforgiatura isotermica. Quando si utilizza la preforma ad anello circolare si realizza una microturbina con una micropala più alta rispetto a quella che utilizza quella circolare. Per rivelare il meccanismo di deformazione in profondità, Wang et al.24 hanno studiato l'effetto del rapporto tra la larghezza della cavità e la dimensione del grano sul comportamento di riempimento attraverso il processo di micro coniatura. Ciò ha indicato che il comportamento di riempimento è peggiore quando sono presenti solo circa 2 grani attraverso la larghezza della cavità a temperatura elevata. Wang et al.25 hanno trovato risultati simili nella microconiatura a temperatura ambiente. È stato riscontrato anche un effetto simile sulla dimensione di riempimento. Ast et al.26 hanno studiato l'evoluzione della microstruttura di tre materiali a grana diversa nel processo di nano coniatura mediante diffrazione di retrodiffusione di elettroni (EBSD). I risultati hanno indicato che si sono verificati forti gradienti di orientamento al di sotto delle cavità per il cristallo singolo, una formazione di sub-grani all'interno e intorno alle cavità per i campioni a grana ultrafine (UFG) e solo un leggero allungamento dei grani all'interno della cavità è stato riscontrato per il materiale nanocristallino . Sulla base della revisione della letteratura di cui sopra, si è scoperto che sono state esplorate varie ricerche e l'attenzione si è concentrata sugli effetti delle dimensioni meccaniche e sul flusso plastico del materiale. Durante il processo di microformatura, i comportamenti di deformazione intergranulare e intragranulare rimangono sconosciuti e necessitano di essere esplorati. In questo studio sono stati condotti test di microconiatura del nichel puro per studiare gli effetti interattivi della microstruttura e della larghezza della cavità sul comportamento di riempimento. L'effetto della dimensione di riempimento si verifica quando sono presenti solo pochi grani lungo la larghezza della cavità. Viene proposto un metodo EBSD quasi in situ per studiare il comportamento di riempimento e rivelare il meccanismo di riempimento mediante un modello basato sulla deformazione della plasticità cristallina nel micro conio.