ECAP变形不均匀性有限元分析及优化设计

通过对等径弯曲通道变形(ECAP)过程的数值模拟,分析了挤压过程中等效应变不均匀性现象,获得了ECAP变形的等效应变分布规律,提出了解决变形不均匀性的思路,并进行了挤压模具的改进。结果表明:模具通道内设置阻尼台阶能使试样下部的等效应变由改进前的0.965提高为1.919,变形程度得到明显改善,等效应变不均匀程度参数降低0.123,降幅达到23.7%。     

6061铝合金等通道挤压工艺数值模拟

采用有限元技术模拟6061铝合金在室温下等通道转角挤压(ECAP)过程,分析了模具圆心角、摩擦因数对ECAP过程的影响。结果表明,圆心角减小,试样等效应变值增大且较为均匀,但是挤压载荷增加;摩擦对载荷的影响明显。单道次挤压后,试样变形不均匀。     

模具外角对等通道转角挤压纯铝变形过程的影响

模具外角对等通道转角挤压(ECAE)变形过程影响较大,文章利用有限元软件(MSC.Marc)模拟研究了模具外角对ECAE过程中等效应变、变形机理的影响。模拟结果表明,模具外角Ψ>0°～30°的范围内,等效应变的分布较为均匀;当模具外角Ψ>30°时,等效应变的分布越来越不均匀;当模具外角Ψ=0°～90°范围内逐渐增大时,试样的变形机理由单一剪切变形逐渐变为剪切变形与弯曲变形相结合的复合变形行为。为了验证模拟结果,对大尺寸纯铝进行了等通道转角挤压实验(模具内角Ф=90°,模具外角Ψ=30°),纯铝实验应变值的分布与大小和模拟应变值的分布与大小近似吻合。由光学显微组织可知,经ECAE挤压一次后,变形试样组织较为均匀,晶粒得到一定程度细化。     

AZ31镁合金等通道转角挤压变形均匀性有限元分析

以AZ31镁合金为研究对象,通过对不同模具外角ECAP变形过程的有限元模拟,研究不同模具外角下AZ31镁合金ECAP变形的等效应变分布.利用微观组织观察以及硬度测试,分析等效应变分布对微观组织及力学性能影响.结果表明:当模具外角ψ为20.时,工件可以获得均匀的等效应变分布.AZ31镁合金经过ECAP挤压后,微观组织显著细化,力学性能明显改善,但平均晶粒尺寸及微观维氏硬度在工件横截面上分布不均匀,等效应变分布的不均匀性是导致材料微观组织和力学性能不均匀的主要因素之一.     

ECAP中摩擦因数对7075铝合金变形及组织的影响

采用有限元软件DEFORM-3D对7075铝合金等通道角挤压(ECAP)过程进行数值模拟,分析了不同摩擦条件下载荷变化、变形行为以及等效应力应变分布情况,并利用7075铝合金动态再结晶模型对微观组织变化过程进行了预测。结果表明,随着摩擦因数增大,载荷峰值明显增大甚至成倍增长,且载荷值波动加剧,试样"端部效应"减弱,等效应力应变分布不均匀;试样中部稳定变形区晶粒随挤压道次增多而不断细化,试样与通道接触部位形成晶粒细小区,经过4道次挤压后,摩擦因数为0.4时稳定变形区的晶粒比摩擦因数为0.1时的细小。     

Al-5Ti-1B合金等径角挤压变形的数值模拟及试验研究

采用Deform3D有限元软件,在模具外角0°、20°、30°和摩擦系数0、0.2、0.3条件下,对Al-5Ti-1B合金进行了等径角挤压(ECAP)变形过程的模拟,研究了ECAP变形合金的等效应变分布情况。模拟结果表明:摩擦系数相同,模具外角从0°增加到30°时,等效应变随模具外角的增加而下降;大摩擦系数比小摩擦系数条件下更容易获得均匀的变形。在模具内角90°、外角20°时,对Al-5Ti-1B合金进行了室温一道次等径角挤压,分析了等效应变分布对微观组织及力学性能影响。结果表明:合金经过ECAP挤压后,晶粒尺寸明显细化。屈服强度从142.0 MPa增加到195.3 MPa,提高了37.5%;硬度从45.2 HV增加到55.9 HV,提高了24%。     

镁合金正挤压-扭转变形的数值模拟与实验研究

结合传统挤压与扭转变形的特点提出正挤压-扭转复合变形方式,采用有限元软件对其变形方式进行数值模拟。研究扭转角度对坯料变形过程中累积应变的影响,并对经过不同扭转角度变形后坯料的等效应变分布的不均匀程度进行定量分析。根据正挤压-扭转复合变形的模拟结果,设计出较优的模具结构并进行实验研究。结果表明:正挤压-扭转复合变形可以显著提高镁合金变形过程的累积应变,随着扭转角度的增大,累积应变增大,但不均匀程度相对增加,最大等效应变高达3.75。当模具扭转角为40°时,试样可获得较大的等效应变和均匀的等效应变分布。在复合变形后,AZ31镁合金的晶粒尺寸由300μm显著细化至约6μm。     

不同温度下AZ31镁合金等通道转角挤压工艺模拟分析

采用Deform-3D有限元软件,在挤压温度为250~400℃条件下,对AZ31镁合金等径角挤压工艺进行了数值模拟,主要分析塑形成型过程中的挤压载荷、等效应力和等效应变的变化规律。结果表明,AZ31镁合金塑形成型过程中挤压载荷分为3个阶段:无明显变形阶段、快速增长阶段和稳定变形阶段。挤压载荷随着挤压温度的增加显著下降,试样的等效应力分布不均,模具转角处等效应力较大,存在应力集中现象,等效应变逐渐增加,在转角剪切区最大。试样经过ECAP变形后,心部等效应变大,从内向外应变呈减小的趋势,试样上部等效应变较大,下部等效应变相对较小,组织均匀性较好。     

基于变形均匀性的AZ31镁合金ECAP多道次成形工艺研究

以AZ31镁合金为研究对象,利用刚塑性有限元法,研究ECAP变形工艺条件对变形均匀性的影响.模拟得到的试样主要变形区的平均等效应变值与理论等效应变值吻合度高.结果表明:变形均匀性改善主要集中在前4道次,而后4道次变化不大;过高或低的坯料温度均不利于应变的均匀分布;适当的摩擦系数和较低的挤压速度能促进试样均匀变形.结合正交实验,得出控制变形均匀性的最优方案是:模具温度240℃,坯料温度270℃,摩擦系数0.3,挤压速度3mm· s-1.     

变形路径对ECAP变形影响的有限元分析

通过对不同变形路径等径弯曲通道(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)变形过程的数值模拟,获得了4种路径8道次ECAP变形的等效应变分布图,分析了挤压试样变形不均匀现象及其形成原因。结果表明,试样尾部与冲头的摩擦、头部未发生明显剪切变形是这两个部位变形程度低的主要原因,造成了ECAP变形的不均匀现象,而这两个部位的不同转移方式,又形成了各种挤压路径的ECAP变形差异。试样中间截面上平均等效应变排序为CBCABA,分别为10.416、10.358、8.669和8.530;试样中间截面等效应变不均匀程度的系数排序为CBCABA,分别为0.090、0.112、0.154和0.467。若追求细化效果应选择路径BC和路径C;如果追求试样材料整体均匀性,可以采用路径A。