体积效应

金属塑性行为受到变形体几何尺寸大小的影响

金属塑性行为受到变形体几何尺寸大小的影响，即称“体积效应”或“尺寸效应”（Size or Volume Effect）。一些研究表明，室温下塑性随着变形体几何尺寸的增大而减小，但当尺寸达到一定值后，塑性不再随尺寸增大而降低。尺寸（体积）因素对塑性影响的现有理解是：随着变形体尺寸增大，其化学成分和微观组织越不均匀，内部缺陷也越多，所以导致塑性降低。

体积效应的研究意义

实际生产中，零件的大小往往差别很大。当变形体的体积改变时，与体积有关的各种机械量、物理量也会发生相应的变化，从而产生所谓“体积效应”。现有研究发现，体积效应及其导致的变化（如晶格层错、表面缺陷数、量子效应及介质不连续等）致使微观领域的许多物理现象与宏观领域相比较有显著差异，甚至相悖。但迄今为止，在与材料性能相关的研究中，通常在有限的尺寸范围采用标准化试样进行实验。而实际制件有时要比标准试样大很多倍或小很多倍，此时如果不考虑体积因素对材料性能的影响，就会带来较大的误差。对AZ31而言，要准确理解其塑性变形行为，就必须考虑体积效应等因素的影响。

体积效应的基本概念

人们很早就在实践中发现，金属塑性行为受到变形体几何尺寸大小的影响，即称“体积效应”或“尺寸效应”（Size or Volume Effect）。一些研究表明，室温下塑性随着变形体几何尺寸的增大而减小，但当尺寸达到一定值后，塑性不再随尺寸增大而降低。尺寸（体积）因素对塑性影响的现有理解是：随着变形体尺寸增大，其化学成分和微观组织越不均匀，内部缺陷也越多，所以导致塑性降低。对于铸件来说，大铸件内部缺陷明显多于小铸件，因此塑性变化明显；其次，大变形体比几何相似的小变形体具有较小的相对接触表面积，由外摩擦引起的三向压应力状态就较弱，会导致塑性有所降低。因此，由小试样或小铸锭所获得的实验结果和数据用于实际生产时，应考虑尺寸因素对塑性的影响。

体积效应的研究现状

体积效应对材料的塑性流变行为、摩擦特性等均有很大的影响。在所有的材料成形工艺中，几乎都表现出随不同的加工变形条件而有所变化的体积效应。

塑性成形领域对体积效应的研究主要集中在微成形。微成形的过程不能简单的理解为宏观成形过程的等比微型化，其主要原因在于：微型件的尺寸和成形工艺参数如果等比例缩小，但材料晶粒度、微观组织缺陷及表面摩擦等一些条件仍然维持绝对不变。

Raulea等通过对微圆环压缩实验研究发现，摩擦系数随着试样尺寸减小而增大；当试样外径为4.8mm时，摩擦系数为0.12；而试样外径为1mm时，摩擦系数就增加到0.22。Engel等通过双杯挤压实验研究了微成形摩擦尺寸效应，发现随着试样微小化的增加摩擦明显增大：当试样直径为4mm时摩擦因子为0.02，而对最小试样测得的摩擦因子为0.4。

Geiger等人在对紫铜、纯铝、黄铜等金属材料的微镦粗和微拉伸实验中发现，随着试样尺寸缩小因子λ减小到0.1时，流变应力最多减小20%，即显出“越小越弱”的现象。Kals等人利用板料拉伸实验发现，材料的塑性随着试件尺寸的减小而下降，并且各种材料的塑性随着尺寸的减小差距也在减小；材料的塑性随着试样晶粒尺寸的增大而下降。对这类体积效应的现象，他们认为是随着试样体积的减小，出现颈缩和局部剪切的部分增多，从而引起材料塑性下降。Michel等通过单向拉伸试验研究了CuZn36薄板成形过程中的尺寸效应，在等宽厚比情况下，板厚从0.1mm增加到0.2mm之间，流变应力减小。Raulea等通过拉伸和冲裁试验对板厚从0.17mm到2.0mm的薄铝板进行研究，发现当晶粒尺寸不变时，随着坯料厚度的减小屈服强度降低。

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