含殘余試樣的ECAP力場模擬及塊體超細晶材料制備產(chǎn)業(yè)化研究.pdf

1、等徑角擠壓法(equal channel angular pressing，ECAP)是大塑性變形(severeplastic deformation，SPD)制備超細晶材料的方法之一。其原理是，材料被擠壓通過兩個相交成一定角度的等直徑通道時受到純剪切作用發(fā)生劇烈塑性變形，多次擠壓之后變形量增大，從而實現(xiàn)材料晶粒的細化。通過等徑角擠壓法細化晶粒的材料，其強度、硬度、超塑性、疲勞性能得到明顯改善，并且等徑角擠壓法要求的設備簡單，試驗溫度低

2、，制備材料內部無殘留縮孔、雜質等缺陷，具備一定工業(yè)應用的潛力，因此受到國內外研究人員的廣泛重視。針對目前國內外研究較少或尚未涉及的幾個方面，本文的研究內容和結果如下： 首先，采用Deform 3D有限元軟件對含有殘余試樣條件下等徑角擠壓過程進行了模擬，結果表明，相對于無殘余試樣情況下，殘余試樣的存在導致擠壓載荷顯著增大，后續(xù)擠壓材料等效應力在應變區(qū)內分布更均勻但在頭部的應力值和變化梯度增大，等效應變總體增加尤其在出口通道下端表

3、面接觸處增加顯著，殘余試樣起到反向壓桿作用，改善了試樣在模具中填充情況并改變了試樣末端形貌，試樣的末端效應依然存在。對等徑角凹模應力分布分析表明H13模具鋼能夠作為凹模材料。 其次，設計制造了等徑角模具，模具(A)：內角Ф=90°，外角ψ=30°經(jīng)過長時間實際擠壓試驗表明模具(A)結構合理，工作可靠，能夠滿足等徑角擠壓試驗的要求。 第三，使用模具(A)對2A12合金進行一系列等徑角擠壓試驗，部分驗證了有限元模擬結果與

4、實際試驗的一致性，通過研究擠壓路徑、速度、次數(shù)探索了使用內角Ф=90°，外角ψ=30°模具對2A12合金擠壓時的優(yōu)化工藝參數(shù)，即最佳擠壓路徑為Bc路徑，擠壓4次之后材料綜合力學性能最好，2A12鋁的抗拉強度為502.6MPa，提高137％，硬度為121MPa，提高53.0％，斷裂延伸率略下降至13.6％。通過對熱處理穩(wěn)定性的研究發(fā)現(xiàn)改善后的力學性能在一定溫度條件下具備穩(wěn)定性，4次ECAP后的試樣，200℃以下1h以內退火，強度硬度降低不

5、顯著而塑性略有提高，300℃1h退火強度硬度有較明顯降低，但仍高于未ECAP試樣的水平，且塑性恢復至擠壓前水平。 第四，通過對等徑角擠壓后部分試樣微觀組織的透射電鏡及高分辨電鏡分析，發(fā)現(xiàn)使用內角Ф=90°，外角ψ=30°模具按Bc路徑擠壓4次后材料平均晶粒尺寸即可由初始5μm左右細化至在250hm左右，并在局部出現(xiàn)100nm的小晶粒，而擠壓8次后可以獲得晶粒尺寸在200nm左右的較為均勻的微觀組織。位錯密度在擠壓之后顯著增加，出

6、現(xiàn)位錯纏結，隨后形成胞狀組織，進而形成小角度晶界以及大角度晶界，晶粒得到細化。擠壓8次后晶粒內部缺陷密度減小，晶界處存在平衡區(qū)域及大畸變區(qū)域，并出現(xiàn)少量非晶組織。初始存在于基體中的化合物在擠壓過程中也得到細化。 第五，對等徑角擠壓法強化細化機理探索結果表明，晶粒細化原因主要是剪切變形及應變積累機制的作用，但第二相輔助機制也是晶粒細化的一個原因；強化機理是晶界強化機制、位錯強化機制以及第二相強化機制綜合作用的結果，其中晶界強化機制