鋁青銅合金等通道轉(zhuǎn)角擠壓的有限元模擬及試驗研究.pdf

1、鋁青銅合金是現(xiàn)階段廣泛使用的工業(yè)合金，由于其具有優(yōu)異的物理、機械性能及耐磨、耐腐蝕性能，在機械制造、電氣、輕工、國防工業(yè)、建筑等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，主要用來制造高強度、高彈性、高耐磨性和高耐蝕性能的零件。為了進一步提高其綜合性能，目前采用的方法主要是通過改變鋁青銅合金中微量元素的成分及含量以改善其性能，但該法難以適應(yīng)更高的要求，因而迫切需要發(fā)展新的技術(shù)。
　　等通道轉(zhuǎn)角擠壓(Equal Channel Angular Extrus

2、ion，簡稱ECAE)作為制備超細晶材料的先進技術(shù)之一，通過材料純剪切的大塑性變形，在不改變其外部尺寸的基礎(chǔ)上獲得超細晶組織。本文選用鋁青銅合金為研究對象，利用有限元法對整個ECAE加工工藝進行了完全的有限元分析，同時，進行了試驗性研究，將數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合，取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果。
　　第一：基于三維建模軟件UG的平臺，建立了EACE擠壓的3D模型。選用有限元分析軟件 DEFORM-3D，通過一系列合理的參數(shù)設(shè)置：材料模

3、型、單元選取、網(wǎng)格、邊界條件、摩擦、求解器和增量步長等，建立了鋁青銅合金ECAE有限元模型，分析了合金的變形過程、應(yīng)力應(yīng)變分布對ECAE結(jié)果的影響。結(jié)果表明：ECAE擠壓過程主要分為三個階段：快速增加階段，穩(wěn)定階段及快速降低階段，其中，穩(wěn)定階段是主要變形階段。此外，試樣不同部位的等效應(yīng)變，等效應(yīng)變率，等效應(yīng)力皆不相同，剪切變形區(qū)域內(nèi)，表現(xiàn)為通道拐角處最大，試樣內(nèi)層大于外層，整體呈現(xiàn)分布不均勻性。
　　第二：模擬了不同模具參數(shù)對EC

4、AE擠壓結(jié)果的影響。結(jié)果表明：模具內(nèi)角Φ=90o時，隨著外角的增大，所需最大擠壓力載荷減小，等效應(yīng)變也逐漸減小并且均勻性變差；模具外角Ψ=32.4o時，隨著內(nèi)角的增大，最大加載載荷逐漸減小且模具內(nèi)角對載荷的影響比外角顯著，最大等效應(yīng)變也逐漸減??；隨著摩擦系數(shù)的增大，所需擠壓載荷隨之增大，最大等效應(yīng)變逐漸減小，模具的應(yīng)力也隨之增大；隨著擠壓速度的增大，所需擠壓載荷增大，試樣整體應(yīng)變分布趨于不均勻。
　　第三：研究了ECAE預(yù)熱溫度、

5、擠壓道次、摩擦條件和退火處理對鋁青銅合金微觀組織及力學(xué)性能的影響，確定了鋁青銅合金ECAE最佳的工藝條件，探討了ECAE細化鋁青銅合金組織及改善力學(xué)性能的機理。結(jié)果表明：預(yù)熱溫度應(yīng)高于合金的共析轉(zhuǎn)變溫度；隨著擠壓道次的增加，合金晶粒尺寸減小，硬度、強度及塑性增加；適當(dāng)?shù)臐櫥煞乐棺冃尾痪鶆?，增強鋁青銅合金組織的細化效果；400℃退火時，合金發(fā)生了回復(fù)，硬度、強度及塑性有所下降；500℃時，合金由于再結(jié)晶引起晶界強化，硬度、強度及塑性提高

6、；600℃時，合金晶粒長大，硬度、強度及塑性顯著下降。500℃退火60min時合金的各項力學(xué)性能尤佳。
　　本文通過計算機數(shù)值模擬，分析了鋁青銅合金ECAE的變形過程，獲得了較優(yōu)的ECAE工藝參數(shù)；通過試驗制備出了組織細化、力學(xué)性能優(yōu)良的鋁青銅合金；分析了ECAE對鋁青銅合金微觀組織及力學(xué)性能的影響及作用機制。本研究工作的完成，擴大了鋁青銅合金的應(yīng)用領(lǐng)域，為制備高性能鋁青銅合金提供了一條有效的新途徑；對于促進ECAE熱擠壓工藝研究