一种金属薄膜材料流动应力及流动应力-应变曲线的测定方法技术

本发明专利技术提供一种金属薄膜材料流动应力及流动应力‑应变曲线的测定方法，属于热/力模拟实验领域。本发明专利技术将待测金属薄膜材料沉积在与其成分相同或相近的体积材料上得到试样，将两个试样以待测金属薄膜相接触的方式叠放封焊在一起，形成压缩试样，进行压缩实验；通过测量某高度压下率压缩样品中金属薄膜的直径，得到待测金属薄膜在对应高度压下率下的流动应力。对压缩试样进行不同高度压下率的等温恒应变速率压缩实验，通过测量系列高度压下率的压缩样品中的薄膜直径和厚度，分别得到待测金属薄膜的系列流动应力和应变，建立待测金属薄膜材料的流动应力及流动应力‑应变曲线。本发明专利技术克服了金属薄膜因太薄不能直接加工成压缩实验所需试样尺寸的难题。

A method for measuring flow stress and flow stress-strain curve of metal film materials

The invention provides a method for measuring flow stress and flow stress \u2011 strain curve of metal film material, belonging to the field of thermal / force simulation experiment. In the invention, the metal film material to be tested is deposited on a volume material with the same or similar composition to obtain a sample, and two samples are stacked and sealed together in the way of contacting the metal film to be tested to form a compression sample for compression experiment; by measuring the diameter of the metal film in the compression sample with a certain height reduction rate, the metal film to be tested under the corresponding height reduction rate is obtained Flow stress. The isothermal constant strain rate compression experiments were carried out on the compression samples with different compression rates. By measuring the diameter and thickness of the film in the compression samples with a series of high compression rates, the series of flow stress and strain of the metal film to be measured were obtained, and the flow stress-strain curve of the metal film material to be measured was established. The invention overcomes the problem that the metal film is too thin to be directly processed into the sample size required for the compression test.

【技术实现步骤摘要】
一种金属薄膜材料流动应力及流动应力-应变曲线的测定方法
本专利技术属于热/力模拟实验
，尤其涉及一种金属薄膜材料流动应力及流动应力-应变曲线的测定方法。
技术介绍
SiCf/Ti复合材料以其高比强度、高比刚度以及良好的耐高温性能，成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的重要候选结构材料。SiCf/Ti复合材料最常用的制备方法是：先将SiCf纤维通过PVD工艺沉积一层厚度为100μm以内的薄膜钛合金涂层，获得SiCf/Ti先驱丝；然后将SiCf/Ti先驱丝按六方排列堆叠装进钛合金包套内进行真空封焊，获得SiCf/Ti预制体；最后对SiCf/Ti预制体进行热压(HP)或热等静压(HIP)致密化，获得全致密的SiCf/Ti复合材料。由SiCf/Ti预制体制备出全致密的SiCf/Ti复合材料是通过SiCf/Ti先驱丝上的PVD薄膜钛合金在HP或HIP过程中的塑性流动和蠕变来实现的。因此，通过HP或HIP工艺能否将SiCf/Ti预制体实现完全致密化，将取决于PVD薄膜钛合金的塑性变形能力以及变形抗力大小，而PVD薄膜钛合金的塑性变形能力和变形抗力大小与HP或HIP工艺选择密切相关，合理的HP或HIP工艺可使PVD薄膜钛合金呈现出大的塑性变形能力和小的变形抗力，这将有助于SiCf/Ti预制体的完全致密化。为了制定合理的HP或HIP工艺，就必须事先研究和弄清楚PVD薄膜钛合金在不同温度和应变速率下的塑性流动行为。为此，需要测试出PVD薄膜钛合金在不同温度、不同应变速率和不同应变下的流动应力及流动应力-应变曲线。采用传统的试错法进行HP或HIP工艺设计和优化，耗时费力，成本高，无法适应高效、低成本生产的需求。采用有限元数值模拟技术来分析和优化SiCf/Ti预制体的HP或HIP工艺将有利于解决这一问题。但要通过有限元数值模拟技术来优化HP或HIP工艺，需要建立变形材料的流动应力本构关系。为此，也需要测试出PVD薄膜钛合金在不同温度、不同应变速率和不同应变下的流动应力及流动应力-应变曲线。另外，流动应力及流动应力-应变关系曲线也是正确选择HP或HIP设备吨位的主要依据。综上所述，测试PVD薄膜钛合金在不同温度、不同应变速率和不同应变下的流动应力及流动应力-应变曲线是计算PVD薄膜钛合金变形抗力、合理制定SiCf/Ti预制体HP或HIP工艺、正确选择HP或HIP设备吨位、准确构造PVD薄膜钛合金流动应力本构关系，以及采用有限元技术来优化HP或HIP工艺的基础数据。对于体积材料，一般采用压缩实验或拉伸实验来获得该材料在不同温度、不同应变速率和不同应变下的流动应力数据及流动应力-应变曲线，而且这些流动应力数据及流动应力-应变曲线可由实验设备所配置的专用数据采集软件直接输出。但对PVD薄膜材料，由于其厚度尺寸太小，无法直接将其加工成压缩实验或拉伸实验所需的试样尺寸(如，常用的压缩试样尺寸为Φ8×12mm)，故不能直接采用常规的压缩实验或拉伸实验来获得金属薄膜材料的流动应力数据及流动应力-应变曲线。因此，提供一种适合金属薄膜材料的流动应力及流动应力-应变曲线的测试方法十分必要且具有重要的应用价值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种金属薄膜材料流动应力及流动应力-应变曲线的测定方法。本专利技术的方法克服了金属薄膜材料因太薄不能直接加工成压缩实验所需试样尺寸进行压缩实验来获得流动应力的难题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种金属薄膜材料流动应力的测定方法，包括以下步骤：选择与待测金属薄膜材料成分相同或相近的体积材料作为基体，并将其加工成Φ8mm×(6-X)mm的试样，其中：X为待测金属薄膜材料的厚度；在所述Φ8mm×(6-X)mm试样的一端沉积一层厚度为Xmm的待测金属薄膜材料，得到Φ8mm×6mm的试样；将两个相同的Φ8mm×6mm试样，按照待测金属薄膜材料相互接触的方式叠放，并封焊连接，得到Φ8mm×12mm的压缩试样；设定温度T0和应变速率对所述压缩试样进行等温恒应变速率压缩实验，将所述压缩试样压缩至某一设定高度Hi，得到压缩样品；所述压缩样品的高度压下率HRRi为(12-Hi)/12，并获得高度压下率为HRRi时压缩样品对应的变形载荷Pi；测定所述压缩样品中的待测金属薄膜材料的直径di，利用公式(1)，得到待测金属薄膜材料在温度T0、应变速率和高度压下率HRRi时的流动应力σi；σi＝Pi/(0.25πdi2)公式(1)；其中：σi为流动应力，MPa；Pi为变形载荷，N；di为高度压下率HRRi时压缩样品中待测金属薄膜材料的直径，m。优选地，所述试样上待测金属薄膜材料的制备方法包括物理气相沉积；所述物理气相沉积得到的待测金属薄膜材料的厚度X为60～100μm。本专利技术还提供了一种金属薄膜材料流动应力-应变曲线的测定方法，包括以下步骤：(1)根据权利要求1～2任一项所述的测定方法，获得在设定温度T0和应变速率下，所述压缩试样压缩至系列高度压下率HRRi时所对应压缩样品的待测金属薄膜材料的流动应力σi；(2)测定步骤(1)系列高度压下率HRRi压缩样品中待测金属薄膜材料的厚度hi，利用公式(2)，得到系列高度压下率HRRi压缩样品中待测金属薄膜材料的应变εi；εi＝-ln(hi/(2X))公式(2)；其中：εi为应变；hi为系列高度压下率HRRi压缩样品中待测金属薄膜材料的厚度，μm；(3)以所述步骤(1)得到的系列高度压下率HRRi压缩样品的流动应力σi为纵坐标，以所述步骤(2)得到系列高度压下率HRRi压缩样品的应变εi为横坐标，获得的σ～ε曲线即为金属薄膜材料在设定温度T0和应变速率下的流动应力-应变曲线；所述步骤(1)和步骤(2)没有时间上的限定。优选地，获得hi的方法为：将系列高度压下率HRRi压缩样品沿轴向对半切开，在金相显微镜中测量出系列高度压下率HRRi压缩样品中待测金属薄膜材料的厚度hi。本专利技术提供了一种金属薄膜材料流动应力的测定方法，本专利技术将待测金属薄膜材料沉积在与其成分相同或相近的体积材料上得到试样，将两个试样以待测金属薄膜相接触的方式叠放封焊在一起，形成压缩试样，进行压缩实验；通过测量一定高度压下率压缩样品中金属薄膜材料的直径，得到待测金属薄膜材料在对应高度压下率下的流动应力。本专利技术的方法克服了金属薄膜材料因太薄不能直接加工成压缩实验所需试样尺寸进行压缩实验来获得流动应力的难题。本专利技术还提供了一种金属薄膜材料流动应力-应变曲线的测定方法，通过系列高度压下率的压缩实验后，得到系列高度压下率的压缩样品，通过测量系列高度压下率压缩样品中金属薄膜材料直径和厚度，得到系列压缩样品中待测金属薄膜材料在对应变形程度下的流动应力和应变；基于系列变形程度下的待测金属薄膜材料的流动应力和应变数据，得到金属薄膜材料的流动应力-应变曲线。本专利技术测定方法获得的流动应力-应变曲线准确度高。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属薄膜材料流动应力的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n选择与待测金属薄膜材料成分相同或相近的体积材料作为基体，并将其加工成Φ8mm×(6-X)mm的试样，其中：X为待测金属薄膜材料的厚度；/n在所述Φ8mm×(6-X)mm试样的一端沉积一层厚度为X mm的待测金属薄膜材料，得到Φ8mm×6mm的试样；/n将两个相同的Φ8mm×6mm试样，按照待测金属薄膜材料相互接触的方式叠放，并封焊连接，得到Φ8mm×12mm的压缩试样；/n设定温度T

【技术特征摘要】
1.一种金属薄膜材料流动应力的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
选择与待测金属薄膜材料成分相同或相近的体积材料作为基体，并将其加工成Φ8mm×(6-X)mm的试样，其中：X为待测金属薄膜材料的厚度；
在所述Φ8mm×(6-X)mm试样的一端沉积一层厚度为Xmm的待测金属薄膜材料，得到Φ8mm×6mm的试样；
将两个相同的Φ8mm×6mm试样，按照待测金属薄膜材料相互接触的方式叠放，并封焊连接，得到Φ8mm×12mm的压缩试样；
设定温度T0和应变速率对所述压缩试样进行等温恒应变速率压缩实验，将所述压缩试样压缩至某一设定高度Hi，得到压缩样品；所述压缩样品的高度压下率HRRi为(12-Hi)/12，并获得高度压下率为HRRi时压缩样品对应的变形载荷Pi；
测定所述压缩样品中的待测金属薄膜材料的直径di，利用公式(1)，得到待测金属薄膜材料在温度T0、应变速率和高度压下率HRRi时的流动应力σi；
σi＝Pi/(0.25πdi2)公式(1)；
其中：σi为流动应力，MPa；Pi为变形载荷，N；di为高度压下率HRRi时压缩样品中待测金属薄膜材料的直径，m。


2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述试样上待测金属薄膜材料的制备方法包括物理气相沉积；所述物理气相...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁世强，王克鲁，欧阳德来，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36