隨著高端制造進入納米制造領域,微納切削作為一種高精尖制造方法以其簡單可行、低成本、適用范圍廣等特點廣泛應用于航空航天、半導體等制造領域。在微納切削過程中會不可避免地引入空位、位錯、裂紋等亞表面缺陷,嚴重影響了產品的表面質量、強度和壽命等性能。因而,研究加工過程中材料的變形模式及缺陷的形成和擴展對于加工質量的在線監(jiān)測和提高有重要意義。聲發(fā)射（AE,Acoustic Emission）作為一種材料內部結構改變時釋放的瞬態(tài)彈性波,對材料結構改變如位錯形核、相變、微裂紋等缺陷的產生有著本質上的高度敏感性。因此,本文基于分子動力學方法,在原子尺度揭示不同程度的脆塑性材料在納米加工過程中缺陷演化的同時,對不同晶系材料在加工過程中的變形機理和缺陷的聲發(fā)射響應機制進行研究,對于提高聲發(fā)射檢測準確率與可信度,擴展其應用范圍,提高納米加工質量有著重要意義。本研究結果主要包括三部分:1.通過對超塑性高溫合金Ni₃Al在常溫和低溫下進行納米切削,研究了切削過程中超位錯與反向籌界形成機理,并對低溫下工件變形過程中聲發(fā)射信號頻域特征與聲發(fā)射源分析。結果表明低溫下切削過程中包含脆性變形與塑性變... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Ni3Al合金切削模型

碩士學位論文29布值接近于0GPa。而在刀具附近，圖3.3(a)中壓應力具有更高分布值，而圖3.3(b)中，刀具附近具有更高的拉應力分布值；這與低溫切削過程中存在部分脆性切削相關，對比圖中兩種切屑，圖3.3(a)中切屑原子排列比較雜亂，而圖3.3(b)中切屑部分原子排列具有一定次序，并且在CNA分析過程中，圖3.3(a)中切屑為無定形狀態(tài)，而圖3.3(b)中切屑原子排列有一定次序。因此，低溫切削存在脆性切削，而脆性切削有利于亞表面缺陷的減少和殘余應力的降低。圖3.3加工過程中應力分布與加工形貌(a)加工溫度為293K;(b)加工溫度為1K其次，兩種應力分布在刀具附近相隔離并形成了三個區(qū)域。第一部分位于刀具內部沿著前刀面到后刀面被壓應力所包圍的拉應力區(qū)域；第二部分是刀具正下方呈~90o被拉應力所包圍的壓應力區(qū)域；第三部分是刀具前方壓應力所隔絕部分的區(qū)域。在[001](010)切削方向/切削面時，刀具附近原子流動并導致應力集中，其流動方向主要有三個[92]：(1)刀具刃角前方上部分原子沿著(111)密排面方向滑移，并在刀具擠壓作用下形成刀具前方壓應力集中區(qū)域和刀具內部拉應力集中區(qū)域；(2)刀具刃角前方下部原子流入刀具下方并引起刀具下方壓應力集中，進而開啟fcc結構中正八面體滑移系中對應的滑移系，并形成被壓應力包裹的~90o拉應力區(qū)域；(3)刀具附近其余原子被擠壓至刀具兩側形成隆起。但在Ni3Al合金的納米切削過程中，拉/壓應力值都在幾十GPa級別，這主要有三方面原因：尺寸效應[93]、Ni3Al合金

納米切削過程中聲發(fā)射響應的分子動力學研究30高硬度和嚴重的加工硬化以及工件材料無預制缺陷。在L12結構的變形過程中，1/2<110>不全位錯滑過后會改變原始原子排序并形成反向籌界，而反向籌界通常形成于正八面體{111}密排面上，并且隨著1/2<110>拖曳位錯的滑過而使原子排列與原始排列一致，使反向籌界消失，如圖3.4所示。而由于{001}面反向籌界能(104mJ/m2)低于{111}面反向籌界能(175mJ/m2)[94]，{111}面上反向籌界在熱激活作用下會交滑移至{001}面而處于低能狀態(tài)，并使其位錯中的螺型部分釘扎于{001}面形成Kear-Wilsdorf鎖，進而提高了Ni3Al合金屈服強度并加劇了加工硬化，并且熱激活作用下會增加Kear-Wilsdorf鎖的形成；而高于(600~700)℃臨界溫度時，釘扎結構被熱作用破壞從而使屈服應力下降。此外，在{111}面上的[101]位錯也會分解為不同類型的不全位錯，伴隨更多類型的層錯出現(xiàn)。圖3.4超位錯分解過程中APB形成機理圖3.5Ni3Al合金亞表面缺陷(a)加工溫度為293K;(b)加工溫度為1K（紅色原子為密排六方hcp類型原子，藍色原子為體心立方bcc類型原子，白色原子為無定形原子)


本文編號：3391737