等徑角擠壓細(xì)化大尺寸鋁棒材晶粒尺寸的模擬與實驗.pdf

1、等徑角擠壓法(equal channel angular pressing簡稱:ECAP)是一種制備塊體納米材料的大塑性變形方法。利用ECAP法可以使材料獲得微米甚至納米級別的晶粒,從而使材料產(chǎn)生特殊的力學(xué)、物理、化學(xué)等優(yōu)異性能。
　　 本文加大試樣的尺寸以利于其工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。論文先用公認(rèn)的Deform有限元分析軟件系統(tǒng)模擬ECAP過程,模擬不同參數(shù)下的ECAP試樣的等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、應(yīng)變速率等的變化和分布情況。結(jié)果顯示:內(nèi)

2、角越小試樣單道次擠壓變形越強烈,但變形也越不均勻,同時,ECAP擠壓載荷隨內(nèi)角的變化很大,ECAP實驗時宜選用內(nèi)角為直角或鈍角,但為提高擠壓效率一般選用直角;內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑較大時也會形成死區(qū),且加劇試樣變形的不均勻,宜采用較小的內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑;外角較小時會形成死區(qū),較大的外角可以避免死區(qū)但會降低試樣的等效應(yīng)變量,模擬表明外角取30°左右時可避免死區(qū)的產(chǎn)生;大的摩擦系數(shù)會增加能耗,影響試樣的變形均勻性;擠壓速度對試樣等效應(yīng)變的影響較小,但在較低的

3、擠壓速度下,試樣內(nèi)各質(zhì)點應(yīng)變狀態(tài)基本相同,晶粒細(xì)化更加均勻;擠壓溫度的升高可降低ECAP的擠壓載荷,但會影響到試樣晶粒的細(xì)化效果,因此應(yīng)在室溫或較低的溫度下進行ECAP工作;對不同路徑的連續(xù)兩次擠壓表明,試樣等效應(yīng)變的均勻性的好壞依次為A、B(BA、BC)、C。但根據(jù)后面章節(jié)的分析,多道次擠壓后的BC路徑效果最佳。
　　 根據(jù)模擬結(jié)果與課題要求制作內(nèi)角為90°,外角為30°,內(nèi)轉(zhuǎn)角半徑為2mm的ECAP模具,在室溫下對1070工

4、業(yè)純鋁進行ECAP擠壓,對擠壓試樣的力學(xué)性能、微觀組織等進行了研究,并與模擬結(jié)果進行比較,最后對ECAP的發(fā)展前景進行展望。結(jié)果表明:模擬結(jié)果能很好和實驗數(shù)據(jù)吻合;ECAP法可顯著調(diào)高材料的力學(xué)性能;經(jīng)ECAP處理工業(yè)純鋁在200℃范圍內(nèi)有很好的熱穩(wěn)定性。對ECAP四道次的擠壓發(fā)現(xiàn),試樣材料晶粒被細(xì)化形成等軸的細(xì)小晶粒,晶粒細(xì)化的過程為:先是晶粒沿剪切方向被拉長,再者位錯增殖產(chǎn)生位錯胞,出現(xiàn)小角度亞晶,后來晶粒不斷被破碎扭轉(zhuǎn),形成大角度