ECAP与正挤压相复合的累积变形工艺数值模拟

在等通道转角挤压(ECAP)工艺的基础上,提出了一种新型塑性变形工艺——等通道转角挤压与正挤压相复合的累积塑性变形工艺(ECAP-FE).将等通道转角挤压与传统正挤压相结合,设计了一套集剪切与镦挤变形于一体的挤压模具.以ZM21镁合金为研究对象,通过有限元模拟对该工艺进行研究.模拟结果表明:ZM21镁合金经ECAP-FE累积塑性挤压变形之后,其平均等效应变值可达2.845,约为ECAP变形工艺的5倍,获得了令人满意的塑性累积应变,能有效的细化晶粒;与仅发生ECAP变形的等效应变不均匀系数(C_i=0.435)相比,经复合挤压后材料的等效应变不均匀系数(C_i=0.875)稍高,但C_i值是沿轴线对称分布的,因此符合工业使用要求.     

纯镁等通道转角微挤压成型工艺及摩擦效应研究

以99.95%的高纯镁为研究对象,借助有限元分析软件DEFORM对等通道转角微挤压(equal channel angular micro pressing, M-ECAP)过程进行数值模拟,优化等通道微挤压(简称M-ECAP)变形的成形工艺,讨论变形过程中的材料流动、挤压载荷变化规律、等效应力应变分布规律、摩擦效应对M-ECAP变形过程的影响。结果表明:试样等效应变趋于均匀,累积应变量增加,晶粒细小且均匀,塑性得到有效提高;随着摩擦因子的增大,载荷逐渐增大,最大等效应变变化不明显、最大等效应力小幅减小。     

挤压温度对高纯铜组织演变规律的影响

为了研究挤压温度对高纯铜微观组织和变形行为的影响规律,通过反向挤压方式对高纯铜进行不同挤压温度下的挤压实验并观察了其显微组织.结果表明,随着挤压温度的升高,高纯铜的晶粒尺寸增大.当挤压温度为650℃时,挤压棒材的平均晶粒尺寸为36μm;当挤压温度升至800℃时,挤压棒材的平均晶粒尺寸为51μm.随着变形量的增加,当挤压温度为650～700℃时,压余变形区的平均晶粒尺寸趋向于由60μm变为45μm;当挤压温度为750～800℃时,平均晶粒尺寸则趋向于由90μm变为75μm. 800℃挤压变形后晶粒内部出现大量以Σ3特殊晶界为孪晶界的111 60°退火孪晶.     

基于多尺度模拟的AZ31镁合金ECAP变形均匀性优化设计

ECAP变形存在明显的变形不均匀,导致变形后的材料存在残余应力,从而影响材料的性能。针对这一问题,对AZ31镁合金的ECAP成形过程进行多尺度模拟,研究模具拐角、工件温度、挤压速度对挤压变形均匀性的影响,得出模具转角100°、坯料温度260 ℃、挤压速度1 mm/s为最佳工艺参数,其变形均匀性系数仅3.782 844。基于CA法对该方案进行微观组织模拟,结果表明晶粒得到很大程度的细化,剪切变形区内转角和外转角处的晶粒尺寸接近,变形均匀性高,从而证明了该方案的可行性。       

模具参数对纯钛等通道转角挤压工艺变形规律影响的有限元分析

等通道转角挤压（Equal Channel Angular Pressing,ECAP）工艺能够通过材料的剧烈塑性变形,获得块状超细晶材料．等通道转角挤压（ECAP）工艺通过改变应变量大小及其均匀性对晶粒细化有着显著的效果．通过DEFORM-3D软件模拟纯钛等通道转角挤压过程,研究了不同模具参数对试样变形的影响规律,给出了不同模具转角、模具外转角和模具内转角半径对ECAP试样变形区等效应变的影响,为获得纯钛试样变形分布提供了有效的规律．     

ECAP对Mg-Mn-Zn-Ce合金显微组织及拉伸性能的影响

为了确定挤压路径和挤压道次对Mg-Mn-Zn-Ce合金的显微组织及拉伸性能的影响,采用不同挤压路径对Mg-Mn-Zn-Ce合金进行了不同道次的等通道转角挤压(ECAP).显微组织观察结果表明,经一道次等通道转角挤压后,合金的平均晶粒尺寸约为20μm,而经二道次挤压后,平均晶粒尺寸约为2μm;不同挤压路径所产生的晶粒细化效果大致相同,但在不同挤压方向上,晶粒呈现不同的形状.拉伸试验结果表明,合金的抗拉强度和屈服强度均随着挤压道次的增加而提高,合金的伸长率在一道次挤压后略有提高,而在二道次挤压后明显下降.     

降温往复镦粗-挤压对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微观组织的影响

采用降温往复镦粗-挤压的方法对Mg-12.5Gd-4Y-2Zn-0.5Zr(wt%)合金进行了大塑性变形.总变形道次为5道次,累积应变为6.75,温度由480℃逐道次降低到390℃.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了合金在不同变形道次下微观组织的演变规律.结果表明:该方法可以有效细化Mg-12.5Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金晶粒,随变形道次的增加,晶粒细化效果逐渐减弱.5道次变形后得完全再结晶的细小晶粒组织,平均晶粒尺寸由初始态的64.2μm减小到4.4μm.此外,随着变形道次的增加,原始晶粒内的片层状长周期堆垛有序结构(Long Period Stacking Ordered Structure,LPSO结构)逐渐溶解消失,同时,在动态再结晶晶粒界处析出大量细小颗粒状β-Mg5(Gd,Y,Zn)相.另外,原始组织中沿晶界不连续网状分布的块状LPSO相发生剧烈扭折变形,逐渐破碎成小块并均匀地沿挤压方向排列.     

杯-杆型复合挤压过程的数值模拟

采用上限单元技术(UBET)模拟了杯-杆型复合挤压的不同变形程度组合(ε_f/ε_b,摩擦因子m以及凹模锥角θ对挤压力及两端流出量的影响。并采用两种理论假设模拟了复合挤压过程的金属流动规律,与实验结果进行了比较,得出了按总上限功率最小来模拟变形与实际较为接近的结论。还建立了一般杯-杆型复合挤压金属的变形模式,获得了一些有价值的结论。     

GH4169合金叶片挤压过程的微观组织模拟

建立了GH4169合金动态再结晶及晶粒长大的微观组织模型,利用DEFORM-3D软件对GH4169合金叶片挤压成形过程进行了微观组织模拟。研究结果表明:叶身部位的动态再结晶百分数为100%,晶粒细小且均匀,晶粒尺寸为17.1μm,较原始晶粒49.5μm小很多。并与实际挤压叶片的微观组织进行比较,模拟结果与实际叶片相接近,从而验证了此模型的准确性。     

挤压温度对高纯铜组织演变规律的影响

为了研究挤压温度对高纯铜微观组织和变形行为的影响规律,通过反向挤压方式对高纯铜进行不同挤压温度下的挤压实验并观察了其显微组织.结果表明,随着挤压温度的升高,高纯铜的晶粒尺寸增大.当挤压温度为650 ℃时,挤压棒材的平均晶粒尺寸为36 μm;当挤压温度升至800 ℃时,挤压棒材的平均晶粒尺寸为51 μm.随着变形量的增加,当挤压温度为650~700 ℃时,压余变形区的平均晶粒尺寸趋向于由60 μm变为45 μm;当挤压温度为750~800 ℃时,平均晶粒尺寸则趋向于由90 μm变为75 μm.800 ℃挤压变形后晶粒内部出现大量以Σ 3特殊晶界为孪晶界的<111>60°退火孪晶.     

TC4合金等径角挤压三维热力耦合有限元分析

采用刚粘塑性热力耦合有限元法对TC4合金等径角挤压过程进行分析研究,获得了材料在变形过程中应力、应变及温度等场量的分布规律.模拟结果表明:变形温度和摩擦状况等工艺参数对变形过程均存在显著影响;热力耦合技术的运用,可以更加全面、准确地分析等径角挤压变形过程,从而可为实际实验中获得良好晶粒细化效果,选择合理工艺参数提供可靠依据.     

T型ECAP变形纯铝微观组织与力学性能研究

在室温下对工业纯铝进行T型等通道挤压变形(T-ECAP),研究了挤压速度(5、12、60、120、180mm/min)和挤压道次(1道次、2道次、4道次)对纯铝微观组织与力学性能的影响.结果表明:不同挤压速度下,1道次挤压变形可以将晶粒细化到1μm以下,但是微观组织存在不均匀性;随着挤压道次的增加,晶粒逐渐细化,4道次时晶粒大小为350nm.在试样的纵向中心位置,显微硬度呈现“两端高,中间低”的漏斗状分布;随着挤压道次的增加,漏斗状的硬度分布逐渐减弱,4道次挤压变形后,硬度逐渐趋于均匀.挤压速度180mm/min时,拉伸强度呈现反常的Hall-Petch关系.随着挤压道次的增加,伸长率逐渐增大,2道次挤压变形后,拉伸强度趋于平稳.     

65Mn钢大塑性变形后的组织与力学性能

在650℃下对65Mn钢进行了C方式的等径弯曲通道变形(Equal Channel AngularPressing,简称ECAP)研究。重复挤压时试样沿轴线旋转180°再装入模具。通过光学及透射显微镜研究发现:ECAP变形后65Mn钢的累积等效真应变达到5左右,片层状的珠光体组织演变成了超细的渗碳体颗粒均匀分布于亚微晶铁素体基体组织中;变形5道次后铁素体基体为均匀的等轴晶,平均晶粒尺寸约为0.3μm。65Mn钢经ECAP变形后,硬度明显提高。     

镁合金复合变形微观组织和力学性能研究

对AZ31镁合金压痕-压平复合变形进行实验研究。研究结果表明,镁合金材料在低温塑性变形时,孪晶及孪生变形是主要变形机制;变形温度越高,孪晶组织越少;复合变形系数越大,孪晶组织越多,在晶粒内部产生了大量的孪晶组织;并且在晶界处开始发生动态再结晶,产生细小的动态再结晶晶粒;随着塑性变形程度的增大,晶粒取向开始发生变化,动态再结晶晶粒开始长大,直到覆盖初始的粗大晶粒,晶粒得到细化。当压缩率达到29%后,发生完全动态再结晶,晶粒得到充分的细化,晶粒平均尺寸达到8μm。当复合变形系数0.2时,组织中的孪晶数量较少,晶粒平均尺寸达到20μm。经过复合变形的AZ31镁合金板材的屈服强度达到212MPa,抗拉强度达到298MPa,延伸率提高至17.2%,分别提高20.1%、25.4%、34.3%。     

ECAP工艺细化铁基形状记忆合金研究

研究等通道转角挤压（equal channel angular pressing，简称ECAP）技术细化Fe基形状记忆合金。研究结果发现，300℃下Fe-17．8Mn-4．73Si-7．80Cr-4．12Ni（wt％）第一道次挤压力为78kN，与理论计算值70．6kN接近；第二道次挤压力上升明显，达到240kN。金相观察显示挤压后的合金晶粒沿剪切方向拉长，TEM分析显示700℃退火30min后再结晶形成0．3μm左右细小晶粒，与未挤压试样相比晶粒明显细化。ECAP挤压极大的提高了材料的力学性能，屈服强度由未挤压时220MPa提高到挤压后的890MPa；挤压后退火的合金恢复率略有提高，在预变形ε=6．5％时，获得η=74％的形状恢复率。     

AZ31镁合金压弯-压平复合变形孪晶组织及力学性能

分析镁合金压弯-压平复合变形特征,确定复合变形工艺参数,对AZ31镁合金压弯-压平复合变形进行了实验研究。研究结果表明,随着变形温度的增大,镁合金在压弯-压平复合变形过程中出现明显的孪晶组织,当变形温度为498K时,孪晶组织的比例最大,孪生为主要变形机制。当变形温度为483K时,细小的再结晶晶粒替代初始的孪晶区域带,平均晶粒尺寸为12.2μm。当变形温度为443K时,经过压弯-压平复合变形后的AZ31镁合金成形性能得到明显提高,当变形温度在483K时,循环变形道次为3次时,AZ31镁合金的延伸率为17.1%,较原始材料提高42%。     

基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟

基于元胞自动机(CA)和有限元(FE)耦合法对单晶铜杆热型连铸过程中晶粒生长及演化过程进行了模拟,获得了稳定状态下铸棒内温度分布及液固相界面的位置和形态,模拟了连铸初期沿热流方向细小等轴晶快速合并形成柱状晶的过程,采用截面形态和极图法分析了定向凝固条件下各个生长时刻的晶粒形貌和晶粒生长取向以及晶粒竞争生长过程中的快速淘汰和慢速淘汰阶段,为热型连铸工艺优化提供了依据。     

玄武岩／聚苯硫醚纤维复合滤料 PTFE乳液浸渍工艺研究

采用PT FE乳液对玄武岩/聚苯硫醚针刺复合滤料进行浸渍后整理,通过正交试验设计,分析了乳液浓度、浸渍时间、焙烘温度和焙烘时间等工艺参数对过滤效率的影响,以获得最佳性能的复合滤料。结果表明：各因素对复合滤料过滤效率影响排序为乳液浓度＞浸渍时间＞焙烘温度＞焙烘时间;乳液浸渍后复合滤料的平均孔径由33．1μm降低到27．3μm ,过滤效率由89．9％提高到97．2％,过滤性能有了明显的提高。     

基于HyperXtrude的铝型材挤压成型的数值模拟

利用HyperXtrude有限元软件,对多边形空心铝型材的挤压成型过程进行数值模拟分析,获得了挤压过程中速度场、应力场、温度场以及晶粒尺寸分布。模拟结果表明：HyperXtrude有限元软件能精确地预测挤压过程中型材的变形,这可为铝型材挤压模具设计和修正模具缺陷提供依据。     

多道次轧制过程中超细晶粒控制

在高强度水平的基础上获得较高的韧性,控制热加工工艺实现晶粒尺寸超细化是最佳的途径之一。低碳管线钢的超细铁索体晶粒可以从相变前的超细奥氏体晶粒获得。通过优化轧制工艺使得奥氏体的动态再结晶发生在Z（Zeller-Hollomon）参数较大的工艺条件下,获得超细的奥氏体动态再结晶晶粒尺寸。然而,大的Z参数往往具有较大的动态再结晶临界应变。为了获得足够的应变积累来克服动态再结晶的临界应变,低温大变形量的变形是基本条件。提出了在多道次轧制过程中积累应变的条件以及避免混晶的技术路线,利用提出的模型对工业轧制工艺进行优化,模拟实验的结果得到了最终产品晶粒尺寸为1.5μm。