高強(qiáng)度納米晶純銅管材成形模擬研究.pdf

1、純銅管材具有良好的耐蝕性，高溫下亦可正常工作，常用于較為復(fù)雜的環(huán)境。但是純銅擠壓管材質(zhì)地較硬，作為結(jié)構(gòu)件時(shí)，受到周期載荷的情況下，純銅管材壽命較差，限制了管材的進(jìn)一步應(yīng)用。為了改善管材性能，提高其強(qiáng)韌性，研究新型工藝，而管的等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝（TECAP）作為一種新型的劇烈塑性變形方法。其工藝是在材料受到三向壓應(yīng)力的作用下，管坯發(fā)生純剪切變形，具有較好的變形效率。可以實(shí)現(xiàn)管坯材料的納米化，具有較高的研究?jī)r(jià)值。現(xiàn)階段，TECAP工藝正處于

2、研發(fā)階段，本文通過(guò)對(duì)TECAP工藝?yán)硐霠顩r和三維情況進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析研究，為管材TECAP工藝更加深入系統(tǒng)研究打下良好的基礎(chǔ)。
　　首先，在二維理想狀況下對(duì)管坯進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)管坯流動(dòng)規(guī)律和應(yīng)力應(yīng)變分布情況。在理想情況下，材料在經(jīng)過(guò)一道次的TECAP擠壓以后，部分管坯發(fā)生了較大的剪切變形，產(chǎn)生了良好的效果。在模擬過(guò)程中，經(jīng)過(guò)一道次TECAP變形后，靠近拐角處的管坯應(yīng)變最為明顯，最小變形處位于管坯的

3、下端面遠(yuǎn)離拐角的位置。除此之外，材料與芯部填充物之間的接觸條件對(duì)試樣變形分布有著重要影響。接觸條件越穩(wěn)定變形質(zhì)量越好，因而在變形過(guò)程中摩擦因子選取0.6變形效果較好。在選擇填充材料時(shí)，應(yīng)該選擇力學(xué)性能和管坯材料力學(xué)性能相近的金屬材料或非金屬材料。
　　其次，在三維狀況下對(duì)純銅管材進(jìn)行了TECAP的數(shù)值模擬分析，得到不同模具結(jié)構(gòu)下，材料的流動(dòng)規(guī)律以及應(yīng)力應(yīng)變分布情況。發(fā)現(xiàn)圓心角Ψ=20°時(shí)，拐角Φ=90°的情況下，管坯的等效應(yīng)力應(yīng)變

4、較大，均勻性較好，管坯一道次變形綜合成形質(zhì)量較好。為了驗(yàn)證TCP模型和文中的TECAP模型變形情況，構(gòu)建了TCP模擬模型，對(duì)比了TECAP的Ψ=20°時(shí)，Φ分別為90°、135°模具結(jié)構(gòu)，在室溫，低速變形過(guò)程中，TCP等效應(yīng)變均值大于TECAP變形量。但是TCP對(duì)于模具質(zhì)量要求較高，變形質(zhì)量要由于TECAP變形質(zhì)量，但是管坯的外表面受損較為嚴(yán)重。除此之外，對(duì)管坯TECAP一道次變形不同變形速度、溫度以及潤(rùn)滑條件下，材料的應(yīng)力應(yīng)變分布，發(fā)

5、現(xiàn)和棒材具有一致性，在T=200℃時(shí)，摩擦因子≤0.2時(shí)，材料一道次TECAP變形效果較好。
　　最后，對(duì)材料的微觀組織進(jìn)行了模擬，參考了位錯(cuò)變形機(jī)制和剪切變形機(jī)制，利用3D-deform軟件自帶的微觀組織模擬系統(tǒng)，研究在再結(jié)晶溫度以下，材料晶粒、晶界以及位錯(cuò)的變化情況，分析驗(yàn)證Φ=90°，Ψ=20°時(shí)，摩擦因子為0.12的情況下，管坯在T=250℃外界環(huán)境下，材料一道次TECAP變形后，管坯微觀組織演化效果較為明顯。通過(guò)對(duì)微觀組