螺旋通道长度对纯铝粉末多孔材料等径角挤扭变形的影响

针对等径角挤压和挤扭两种工艺的不足,在充分发挥各自优势的基础上,提出了一种新型的大塑性变形工艺——等径角挤扭(Equal Channel Angular Pressing and Torsion,ECAPT)。采用DEFORM-3D软件对纯铝粉末多孔材料等径角挤扭成形过程进行单道次三维有限元模拟,重点分析螺旋通道长度对变形试样挤压载荷、等效应变、致密行为等场量变化规律的影响。结果表明,相比于传统的ECAP变形,ECAPT工艺螺旋通道的存在,可大大增加变形试样内部的静水压力;合理的螺旋通道长度,可有效提高变形试样的累积应变量和应变分布均匀性,显著改善变形试样的整体致密效果。文章在综合考虑最优数值模拟结果的基础上,自行设计了螺旋通道长度为30mm的ECAPT模具,并进行了相关实验验证,证明了所建立有限元模型的可靠性。     

等径角挤扭工艺的研究

针对等径角挤压（ECAP）工艺和挤扭（TE）工艺中,材料变形不均匀,1道次变形获得的应变量不够大的缺点,将2种工艺有机结合,提出了等径角挤扭（ECAPT）工艺。利用UG和DEFORM-3D软件进行几何造型和有限元模拟,研究变形过程、应力应变分布和载荷变化,并用纯铝进行2道次ECAPT实验,测量试样显微组织和力学性能的变化。结果表明,ECAPT使组织产生更大的应变量,随着行程的增加,载荷增大,在TE通道平稳阶段达最大值,试样头部挤出TE通道后载荷降低;材料的宏观形貌同模拟结果一致,显微组织发生了明显细化,其中第1道次z面和第2道次y面细化效果明显;力学性能得以较大提高,屈服强度由43．31MPa提升至52．19MPa,抗拉强度由71．30MPa提升至130．38MPa。     

ECAPT工艺下纯铝粉末-包套变形行为的数值模拟与实验

采用体积可压缩刚粘塑性热力耦合有限元法,对纯铝粉末-包套ECAPT变形行为进行数值模拟,并实验分析其在ECAPT过程中显微组织和力学性能的演变规律。结果表明:ECAPT工艺对纯铝粉末材料具有强烈的致密和细化效果;变形坯料在模具转角和螺旋通道两处所受剪切变形程度最大,挤压载荷增幅最为明显;ECAPT工艺在提高材料应变累积量的同时可显著改善其变形分布的均匀性。模拟分析与实验结果具有较好的一致性,纯铝粉末坯料经1道次ECAPT变形后实现有效固结,显微组织显著细化,力学性能大幅度提高。     

大塑性变形法制备SiC_p/Al复合材料的实验研究

采用等径角挤压(ECAP)和等径角挤扭(ECAPT)两种大塑性变形工艺在250℃条件下成功将35vol%SiC颗粒与纯Al混合粉制成SiCp/Al复合材料。通过对显微组织的定性分析和采用样方法的定量计算,获得了不同变形工艺、试样内部不同位置以及不同变形阶段对SiC颗粒分布的影响。结果表明:剪切应变量和基体流动性对SiC颗粒的均匀分布有着至关重要的影响。单道次ECAPT变形后,SiC颗粒分布比单道次ECAP变形时更均匀,基本与2道次ECAP效果相当。随着ECAPT变形过程的深入,SiC颗粒的分布越来越均匀,其中以挤压阶段到ECAP阶段,SiC颗粒分布均匀程度的改善最为明显。     

挤扭成形对等径角挤扭工艺固结纯铝粉末-包套过程的影响（英文）

采用3D有限元模拟、实验研究和理论分析,并在与传统等径角挤压工艺对比基础上,系统研究挤扭成形对等径角挤扭工艺固结纯铝粉末-包套过程的影响。模拟结果表明,在等径角挤扭法固结纯铝粉末-包套过程中,挤扭成形起反向背压作用,螺旋通道所提供的旋转剪切变形和高静水压力可大幅增加材料内部的塑性剪切应变,显著改善变形坯料的变形均匀性。在内角为90°、螺旋角为36.5°的方形截面通道模具上,经200℃下1道次等径角挤扭变形实验,成功将纯铝粉末颗粒固结为近致密的块体材料。有限元模拟与实验结果具有较好的一致性。显微组织观察和硬度测试实验结果表明,等径角挤扭法固结的块体材料晶粒更加细小,孔隙得到有效收缩焊合,组织性能均匀性更好。这是由于在等径角挤扭变形过程中剧烈剪切应变大大增加,同时挤扭成形所起的反向背压作用有效提高了Al原子的自扩散系数。     

新型大塑性变形复合挤扭过程数值模拟分析

针对挤扭（Twist Extrusion,TE）过程试样变形不均匀,结合挤扭和挤压工艺提出了复合挤扭（Composite Twist Extrusion,CTE）新型大塑性变形工艺。运用有限元分析法对纯铝在室温下进行数值模拟,获得了应力应变分布,载荷行程曲线,并对工艺进行改进消除了头部难变形区域。结果表明复合挤扭工艺可以有效地降低均匀系数,改进后的工艺可以获得变形均匀的试样。     

纯钨闭塞式双通道等径角挤压数值模拟及实验研究

采用数值模拟的方法分析单道次纯钨闭塞式双通道等径角挤压工艺的变形特点,并对比等径角挤压工艺和双通道等径角挤压工艺经过Bc路径4道次变形后的应变积累和分布特点。同时,为验证有限元模拟的准确性,开展了物理实验。结果表明,闭塞式双通道等径角挤压变形过程可分为初始阶段、镦粗成形阶段、剪切变形阶段和最终成形阶段。3种工艺经4道次变形后均发生较大的应变积累,但是由于闭式模膛对试样头部的镦粗作用,闭塞式双通道等径角挤压经过4道次变形后等效应变量最大,且等效应变分布最均匀。通过对模具应力的分析,闭塞式双通道等径角挤压和双通道等径角挤压工艺可以有效解决等径角挤压工艺冲头偏载问题,且试样经闭塞式双通道等径角挤压变形后具有较大的静水压力,提高了纯钨塑性,有利于进行多道次变形。闭塞式双通道等径角挤压工艺变形后的试样可分为4个区域:剪切变形区、伸长变形区、头部小变形区和尾部未变形区。     

纯钼粉末多孔烧结材料ECAP的数值模拟及实验

采用DEFORM-3D软件对纯钼粉末多孔烧结材料等径角挤压过程进行单道次三维有限元模拟和实验研究,获得变形过程中试样的应力、应变、致密行为等相关场量变化规律.模拟结果表明:等径角挤压工艺对粉末材料具有强烈的致密效果,整个变形过程可分为3个阶段,即初始变形、过渡变形及稳定变形;试样纵横截面上,等效应变均存在不均匀分布现象,靠近模具内角和上表面处试样所获应变较大,相对密度也较高.试样不同部位所处应力状态及应变速率分布状态的不一致是导致其应变分布不均匀的根本原因.单道次挤压实验结果与模拟结果具有较好的一致性,证明了所建立有限元模型的可靠性.     

纯铝颗粒等径角挤扭中的细化和固结(英文)

采用等径角挤扭新工艺(ECAPT)在200°C条件下实现纯铝粉末颗粒的固结。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)深入研究粉末细化和固结行为,并对变形后试样的密度、硬度和室温压缩性能等进行测试。结果表明:等径角挤扭工艺是实现在相对较低的温度下粉末固结的有效方法。在200°C下经4道次变形后,成功将纯Al颗粒固结为致密的块体材料,固结后的材料具有较细的晶粒结构和良好的力学性能。深入分析了晶粒细化和固结机理。等径角挤扭工艺是具有良好前景的以粉末为原材料制备高性能块体材料的工艺。     

纯铝等径角挤压及等径角挤压和直接挤压结合的塑性变形3D有限元模拟和实验验证（英文）

对纯铝进行等径角挤压、等径角挤压结合不同挤压比直接挤压及直接挤压,并采用刚-粘塑性3D有限元模拟进行分析。利用3D有限元模拟研究不同成形过程变形Al-1080的载荷-位移行为、塑性变形特征和有效塑性应变均匀性。用显微组织观察、显微硬度分布图、有效塑性应变和显微硬度值验证模拟结果。结果表明:模拟结果与实验结果一致;模拟载荷-位移曲线和最大载荷与实验结果接近;显微硬度分布图符合有效塑性应变等高线,证实了3D有限元模拟结果。等径角挤压工件的变形均匀性程度比其他变形过程的高。根据平均有效塑性应变计算了显微硬度值。预测显微硬度值与实验结果吻合。横向和纵向显微组织观察验证了不同成形过程中3D有限元模拟有效塑性应变和显微硬度分布结果。     

等通道转角挤压(ECAP)工艺的研究现状

等通道转角挤压(ECAP)是一种大塑形加工技术,可细化合金组织,改善性能,提高材料的成形性.本文概述ECAP法的基本原理、剪切模式与变形规律,分析摩擦因素对变形的影响,综述中国在ECAP合金组织、性能方面的一些研究成果.     

固溶-大变形-时效下7085铝合金的强化机理

以固溶—时效和固溶—大变形(压缩、ECAP)—时效加工的7085铝合金为实验对象,分别采用拉伸试验机、X射线衍射仪(XRD)和晶体微区取向分析技术(EBSD)对7085铝合金的拉伸性能、内部的位错密度、单元边界(小角度晶界)和晶粒边界(大角度晶界)进行研究,结合拉伸试验测得的屈服强度,定量计算强化项对不同状态下铝合金的强化贡献。结果表明,相比常规固溶—时效工艺,固溶—大变形—时效工艺加工的7085铝合金的拉伸强度从381.2MPa分别提升到475.6和543.3 MPa;位错强化显著提高,从零分别提高到107.4和180.6 MPa;小角度强化显著提高,从10.4 MPa分别提高到89.1和116.4 MPa。7085铝合金强度提高来源于材料内部的位错和小角度晶界;固溶后的大变形加速了时效,降低了时效沉淀强化。并且发现强烈塑性变形加工(ECAP)的强化效果高于传统塑性变形加工(压缩变形)的效果。     

工业纯铝等通道球形转角膨胀挤压变形的力学与摩擦学性能

对传统等通道转角挤压工艺(equal channel angular extrusion,ECAE)进行改进,提出一种新型剧烈塑性变形法(severe plastic deformation,SPD)——等通道球形转角膨胀挤压(equal channel angular expansion extrusion with spherical cavity,ECAEE-SC)。该工艺通过耦合镦-剪-挤等多种变形效应,可在单道次挤压下实现坯料内部较大的塑性应变累积,进而获得理想的晶粒细化与性能提升效果。在室温条件下采用ECAEE-SC工艺对工业纯铝(Al-1060)进行单道次挤压,并与相同条件下的2道次ECAE处理变形结果进行对比。采用EBSD、SEM等测试手段,研究了工业纯铝经ECAEE-SC变形晶粒特征与磨损表面形貌,并测试了变形材料显微硬度、拉伸性能与摩擦学性能。结果表明,在ECAEE-SC工艺剧烈塑性应变诱导下,工业纯铝经单道次挤压变形后晶粒显著细化,呈典型的剪切条带状特征。与初始退火态相比,变形材料显微硬度与抗拉伸强度分别提升了92.6%和91.8%,且性能提升效果明显优于2道次ECAE变形。同时,ECAEE-SC工艺有效提高了工业纯铝的耐磨性能,工业纯铝变形后表面磨痕宽度最小,磨痕深度最浅,其磨损机理以磨粒磨损为主导。     

纳米压痕法分析ECAP变形工业纯钛的力学性能

采用等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)技术制备了不同晶粒尺寸的超细晶工业纯钛,通过纳米压痕测试技术对ECAP变形工业纯钛的力学性能进行研究,讨论了加载应变速率和晶粒尺寸对工业纯钛硬度测试结果的影响,进一步分析了ECAP变形工业纯钛的应变硬化能力和残余应力。结果表明:随着加载应变速率的增大和晶粒尺寸的减小,工业纯钛的硬度值增加。硬度-位移曲线表现出具有硬化效应的压痕尺寸效应(Indentation Size Effect,ISE)。纳米压痕形貌表明:ECAP变形工业纯钛的应变硬化能力降低,存在残余压应力。     

Three-dimensional flow characteristics of aluminum alloy in multi-pass equal channel angular pressing

Experiments with a square specimen made of commercially pure aluminum alloy (AA1050) were conducted to investigate deformation behaviour during a multi-pass Equal Channel Angular Pressing (ECAP) for routes A, Bc, and C up to four passes. Three-dimensional finite element numerical simulations of the multi-pass ECAP were carried out in order to evaluate the influence of processing routes and number of passes on local flow behaviour by applying a simplified saturation model of flow stress under an isothermal condition. Simulation results were investigated by comparing them with the experimentally measured data in terms of load variations and microhardness distributions. Also, transmission electron microscopy analysis was employed to investigate the microstructural changes. The present work clearly shows that the three-dimensional flow characteristics of the deformed specimen were dependent on the strain path changes due to the processing routes and number of passes that occurred during the multi-pass ECAP.     

纯度对ECAP制备超细晶铜疲劳性能的影响

采用应力比R=–1的对称加载疲劳试验,研究了ECAP制备的超细晶高纯铜(HPCu)、低纯铜(LPCu)的疲劳行为,分析了循环应力-应变响应、疲劳寿命和疲劳前后晶粒取向分布,讨论了纯度与超细晶材料疲劳稳定性的关系。结果表明:在任何应力幅下,获得的超细晶低纯铜的寿命都大于ECAP变形前的粗晶铜;在相同应力幅下,循环周次提高1.6~2.0倍。而超细晶高纯铜的疲劳曲线,表现出不同的特性,在高应力幅下,超细晶高纯铜具有较高的疲劳寿命,但在低应力幅下,超细晶高纯铜循环周次下降,疲劳寿命低。在应力控制条件下,随应力幅的降低,超细晶纯铜的循环应力-应变响应从循环软化逐渐过渡为循环硬化。杂质的存在能有效阻止疲劳过程中晶粒的转动和位错的运动,降低其回复软化,减小相邻晶粒间取向差变化,使超细晶低纯铜与超细晶高纯铜相比有较大的循环硬化指数n和循环硬化系数K,具有较好的疲劳稳定性。     

等通道挤压大变形条件下原子的快速扩散行为研究

采用等通道挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)作为大变形手段,通过Ag-Pb互不相溶体系在ECAP和平衡态两种条件下原子扩散行为的对比,研究大变形条件下原子扩散行为。结果表明,ECAP条件下原子的热激活扩散系数高出平衡态1～2个数量级,揭示了大变形条件下原子快速扩散行为的存在。     

Severe plastic deformation of commercially pure aluminum using novel equal channel angular expansion extrusion with spherical cavity

Equal channel angular expansion extrusion with spherical cavity (ECAEE-SC) was introduced as a novel severe plastic deformation (SPD) technique, which is capable of imposing large plastic strain and intrinsic back-pressure on the processed billet. The plastic deformation behaviors of commercially pure aluminum during ECAEE-SC process were investigated using finite element analysis DEFORM-3D simulation software. The material flow, the load history, the distribution of effective strain and mean stress in the billet were analyzed in comparison with conventional equal channel angular extrusion (ECAE) process. In addition, single-pass ECAEE-SC was experimentally conducted on commercially pure aluminum at room temperature for validation, and the evolution of microstructure and microhardness of as-processed material was discussed. It was shown that during the process, the material is in the ideal hydrostatic stress state and the load requirement for ECAEE-SC is much more than that for ECAE. After a single-pass ECAEE-SC, an average strain of 3.51 was accumulated in the billet with homogeneous distribution. Moreover, the microstructure was significantly refined and composed of equiaxed ultrafine grains with sub-micron size. Considerable improvement in the average microhardness of aluminum was also found, which was homogenized and increased from HV 36.61 to HV 70.20, denoting 91.75% improvement compared with that of the as-cast billet.     

等通道挤压Mg2Si增强ZK60镁合金的显微组织及力学性能

研究等通道挤压(ECAP)对ZK60+2Si镁合金显微组织、室温力学性能和高温抗蠕变性能的影响。结果表明,合金铸态组织主要由-Mg基体、Mg2Si相和MgZn相组成,等通道挤压可显著碎化原粗大汉字状Mg2Si相并使其趋于弥散分布,同时基体组织也得到细化。挤压4道次后,合金的室温抗拉强度由154.8MPa增加到270MPa,伸长率由4.5%增加到17.5%。挤压6道次后,合金的伸长率进一步增加到21%,而抗拉强度却下降至261MPa;合金的高温蠕变寿命由铸态20h延长到203h,稳态蠕变速率下降了约1个数量级,这主要是因为细小颗粒状MgSi相有效阻止了晶界滑移。