6061合金双向等通道挤压金属流动规律研究

摘 要: 采用数值模拟和实验验证的方法研究了双向等通道挤压过程金属流动规律,发现双向等通道技术能够在材料内部造成剧烈的剪切变形,具有晶粒细化和形变强化作用,可以通过调整摩擦系数对变形过程进行调控。6061合金A、B两种路径四道次双向等通道挤压发现,双向等通道具有强烈的形变强化作用,在相同道次下,B路径等效应变量大于A路径。     

挤压速度对等通道转角挤压6061铝合金力学性能的影响

用自行设计的内角90°,外角30°的等通道转角挤压模具对6061铝合金进行了室温挤压,分析了不同挤压速度对其力学性能的影响。利用金相显微镜和扫描电镜(SEM)观察了金相组织和拉伸断口的形貌特征。结果表明:6061铝合金的断裂特征是韧性断裂,在3道次ECAP变形过程中,随着变形道次增加,6061铝合金的显微硬度和抗拉强度增大。当挤压速度达到35 mm/min时,合金的强度和硬度是最好的。     

ECAP挤压道次对6061铝合金力学性能及耐磨性的影响

采用等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)工艺,在110℃下对6061铝合金进行4道次挤压变形。借助显微硬度测试、室温拉伸试验和断口SEM分析,研究了挤压道次对6061铝合金力学性能的影响规律;通过摩擦磨损试验,获得了不同挤压道次下6061铝合金的摩擦系数以及磨损率,并对磨损表面进行了形貌观察和EDS能谱分析。结果表明:随着挤压道次的增加,6061铝合金硬度和强度逐渐增加,且前两个道次增幅最大,4道次变形后,材料晶粒得到显著细化,显微硬度和抗拉强度分别达到了93. 4 HV和250. 2 MPa;同时,显微硬度分布趋于均匀,材料塑性降低,拉伸断口表现出明显的韧性断裂特征。随着挤压道次的增加,6061铝合金耐磨性能和抗氧化能力均得到显著提升,平均摩擦系数和平均磨损率逐渐降低,分别从1道次的0. 457、0. 028 mm3·m-1下降到4道次的0. 355、0. 014 mm3·m-1。ECAP变形后6061铝合金磨损机制是以磨粒磨损和氧化剥层磨损为主导的混合磨损机制。     

等通道挤压对2A12铝合金组织性能的影响

对2A12铝合金进行了等通道挤压工艺研究,进行了组织观察,分析了晶粒细化效果。试验表明:在320℃下,对2A12铝合金棒材进行等通道转角挤压,可以获得宏观外形完整无裂纹的试样;经过不同道次的等通道挤压后,晶内、晶界出现大量的Al2Cu、Al2CuMg弥散相;以Bc、C路径进行挤压,随变形道次的增加,基体得到细化,且过程稳定,细化效果好。     

6061铝合金等通道转角挤压时的流变性能

分别对退火态和固溶时效态6061铝合金进行8道次及4道次等通道转角挤压,用有限元软件Deform-3D模拟变形过程,研究连续大变形对组织性能的影响规律.结果表明:等通道挤压使晶粒破碎细化,金属流线走向与剖面对角线方向基本一致;退火态合金的表面硬度随变形道次增加而升高,各道次挤压载荷峰值没有随着变形道次增加而单调增加,而是经历一个升高、降低、再升高的过程.固溶时效态合金的表面硬度在2道次变形后达到了峰值,其载荷峰值也在第2道次变形时最高.硬度值的变化规律与强化因素及位错的运动有关,而载荷的变化规律与摩擦力的变化及其对载荷的贡献大小有关.模拟结果发现,挤压载荷峰值随着变形道次的增加而增大,与实测值不相符.由于剧烈变形使合金组织性能变化较大,因此需要适当修正材料本构关系,才能正确反映其流变行为.     

采用双通道等径侧面挤压法提高AA5083铝合金力学性能（英文）

采用双通道等径侧面挤压剧烈塑性变形工艺提高AA5083铝合金的力学性能。采用多组实验研究路径类型(A和B路径)和挤压道次对材料力学性能的影响。挤压道次为6道次,挤压温度范围为573~473 K,采用金相、硬度测试和拉伸测试研究这些工艺参数的影响。硬度测试表明经6道次挤压后,硬度提高了64%,且分布均匀。屈服强度和抗拉强度分别提高了107%和46%。这是由于晶粒的剧烈剪切变形和变形温度降低导致的晶粒细化。TEM结果表明,经DECLE 6道次变形后,合金的平均晶粒尺寸从退火态的100μm减小至200 nm。对比研究了路径A和B的实验结果,并得到一些重要结论。     

6061铝合金超细晶制备及其组织性能的研究

采用等径角挤压和反复镦挤相结合的复合挤压技术,对6061铝合金进行挤压变形实验.观察了材料微观结构,测试了挤压过程中屈服强度、硬度的变化.结果表明:经四道次复合挤压后可以使6061铝合金的平均晶粒尺寸从35μm减小到350nm,显微硬度为70.6HV(X面)、55.5HV(Y面)、58.1HV(Z面),屈服强度为245MPa.且多道次变形不改变加工前后材料的块体形状.     

不同路径下等通道转角挤压变形规律研究

采用Deform软件探究4种不同路径(A、B_A、B_C、C)对6063铝合金等通道转角挤压变形的影响规律,通过4种路径4道次的等效应变分布特征,分析不同路径对等效应变的大小与均匀性的影响以及其形成原因。利用等通道转角挤压实验,验证了6063铝合金各路径下变形模拟结果的准确性。结果表明,试样中心横截面等效应变值顺序为:A路径 B_A路径 B_C路径 C路径,变形均匀性系数顺序为:A路径 B_A路径 B_C路径 C路径,纵截面等效应变均匀性顺序为:B_C路径 C路径B_A路径 A路径。因此从变形效果来看,A路径是最佳选择;但若考虑材料整体的均匀性,需采用BC路径进行挤压。     

超声滚压对6061铝合金晶间腐蚀行为的影响

目的 研究不同静压力条件下形变诱导梯度变形层对6061铝合金晶间腐蚀行为的影响。方法 使用超声滚压技术(USRP，Ultrasonic surface rolling processing)强化6061铝合金表层，采用激光共聚焦、X射线衍射等方法研究酸化NaCl溶液体系下3种静压力条件对6061铝合金晶间腐蚀行为的影响。结果 随着静压力的增大，6061铝合金表层组织呈梯度变化，且形变层深度可延伸至近300 μm。在酸化NaCl溶液腐蚀加速条件下，在相同时间内滚压后试样沿晶腐蚀的路径大幅缩短，向下扩展的深度降低了50%，使得6061铝合金的抗晶间腐蚀性能显著提高。表征结果表明，晶间腐蚀扩展路径与表面粗糙度无相关性，它主要与第二相(AlFeSi相)在形变层中的弥散分布有关。未经USRP处理的6061铝合金在沿晶界连续分布的AlFeSi相促进下发生了明显的沿晶腐蚀。相比之下，经USRP处理后，AlFeSi相会因晶粒形变而呈断续分布，减弱了它在晶界区域对铝合金基体的电偶腐蚀作用，降低了腐蚀通道的连通性，从而阻碍了腐蚀路径的扩展。结论 USRP可提高6061铝合金的抗晶间腐蚀性能，其表面粗糙度并非是提高晶间腐蚀抗性的主要因素，经USRP细化和分散后的AlFeSi相是阻断沿晶腐蚀路径的关键因素。     

等通道转角挤压7075铝合金动态再结晶组织晶粒度预报

采用等通道转角挤压(ECAP)对7075铝合金试样进行挤压,利用有限元软件对ECAP的连续动态再结晶组织晶粒度进行预报,采用有限元和实验相结合的方法,研究不同挤压道次对7075铝合金A路径ECAP过程组织晶粒度的影响。模拟结果表明,经过一道次、二道次和四道次A路径ECAP后试样中心区域的晶粒尺寸分别为24.8μm、20.2μm、16.7μm,晶粒随着挤压道次的增加不断细化。通过金相定量法计算可得一道次、二道次和四道次A路径ECAP实验后试样中心区域的晶粒度分别为26μm、20μm、16μm,与有限元预报结果吻合良好,最大误差小于5%,证明基于连续动态再结晶模型的有限元预报准确性较高。     

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。     

等通道转角挤压对AZ91镁合金组织的影响

分别采用转角为100°、110°、120°的三个凹模,在A、Ba、Bc、C四种路径下进行等通道转角挤压实验.实验发现,当模具温度为380℃时,AZ91镁合金通过等通道转角挤压工艺可以挤压出宏观外形完整无裂纹产生的试样;经过几个道次的等通道挤压后,材料中就有大量的超细晶粒出现;当模具角度为100度时,以C路径进行挤压,随变形道次的增加,其细化过程稳定,细化效果最好;经过4次挤压晶粒平均直径可达到3μm.     

不同加工路径对汽车用AZ31B镁合金薄板冷冲性能的影响

对AZ31镁合金1.5 mm厚板材进行了不同路径等通道角挤压变形,研究了其对AZ31B镁合金板材冷冲性能的影响。结果表明,改变等通道角挤压路径不仅能够细化晶粒,更能够通过弱化其基面织构提高镁合金冷冲成形性能。与单向ECAP(路径A)相比,180°翻转挤压(路径C)后的板材冷冲性能最高。而对于每道次90°翻转(路径D),板材各个方向上的冷冲高度基本一致,说明变换等通道角挤压路径有利于降低镁合金板材的各向异性。     

单晶Cu等通道转角挤压A路径形变特征及力学性能

采用XRD、EBSD和TEM技术对单晶高纯Cu(99.999%)经等通道转角挤压(ECAP)A路径过程中的形变织构进行了研究,测试了ECAP后单晶Cu的力学性能和导电性能,并分析了变形过程中织构演变机理及其对力学性能和导电性能的影响。结果表明:原始单晶Cu经2道次变形后,晶内出现了微小的等轴状形变结构;4道次变形后,形成了(110)取向一致的形变带结构;8道次变形后,单晶组织开始破碎,晶粒取向又逐渐趋于(111)面,形成了{111}110和{111}112织构及较弱的{001}100再结晶织构。中、低应变下,形成稳定取向的{hkl}110织构,可有效降低晶界对电子的散射作用,使电导率略有增加,同时有利于大幅度提高材料的加工硬化率。单晶Cu变形初始阶段形成了大量小角度晶界,随着应变的增加,小角度晶界逐渐向大角度晶界转变。由于变形过程中位错积聚及晶界密度增加对位错运动起到阻碍作用,3道次变形后,抗拉强度从168 MPa增加至400 MPa,延伸率从63%减小至27.3%,在随后的变形中抗拉强度增加缓慢,延伸率略有回升。前8道次变形中硬度不断增加,8道次变形后出现了再结晶,导致随后的挤压过程中硬度不稳定。     

双通道等径角挤压试样变形不均匀性有限元分析

通过对双通道等径角挤压变形过程的数值模拟,获得了不同路径4个道次各变形区的等效应变分布图,分析了挤压试样变形不均匀现象及其形成原因。结果表明,双通道等径角挤压中存在4种变形区,其中与冲头接触的区域应变值几乎保持挤压前的水平,该区域的存在是造成试样变形不均匀的主要原因。多道次挤压中试样的均匀性不仅与旋转方式有关,还与试样的放置方式有关。采用A路径的试样应变均匀性优于B路径;采用A路径进行挤压,在2道次挤压后试样左右剪切变形区等效应变呈现一端大一端小的分布状态,在3、4道次挤压中采取大+小剪切变形区处于冲头一侧的放置方式,试样等效应变的均值最高;采取小+大剪切变形区处于冲头一侧的放置方式,制备试样等效应变分布最为均匀。     

等径角挤压6061铝合金半固态等温压缩变形行为

采用BC路径对6061铝合金进行了4道次等径角挤压,研究了在应变速率为0.05~0.50 s-1、等温处理温度为603~629℃条件下的半固态等温压缩特性,分析了变形温度及应变速率对真应力-真应变曲线的影响。结果表明,等温压缩过程中,6061铝合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而升高;在变形过程中出现固-液偏析现象,变形较大时固-液偏析现象较明显。     

纯铜等通道转角挤压工艺有限元分析与实验

利用数值模拟和实验研究方法分析圆形纯铜挤压件多道次等通道转角挤压(ECAP)工艺,发现多道次挤压获得的挤压件形变充分,形变分布较为均匀。通过分析挤压件截面的等效应变值与分布,发现模具的内角对挤压后材料等效应变值的影响较大,当内角为90°时,材料单次挤压的等效应变值达1.40,是内角为135°时的2.3倍,但材料的均匀性相对较差;挤压路径和通道形状对挤压后材料的形变均匀性至关重要,Bc路径和圆形通道效果最佳,不易形成应力集中等现象;挤压次数增加,材料的累积应变值和均匀性显著提高。实验中,挤压后棒材的横截面与表面的显微硬度值分别由原始的99HV上升至145HV和148HV,变化趋势与有限元模拟结果吻合。     

等通道转角挤压对AZ80A镁合金晶粒细化的影响

利用预先经(400±5)℃×16h均匀化处理的10mm×10mm截面的条形试样在280℃下对AZ80A铸态合金进行等通道转角挤压试验,研究了挤压路径、挤压道次和多步法挤压对晶粒细化和力学性能的影响.结果表明,ECAE8道次挤压变形可把晶粒细化到6μm以下:在一定范围内增加道次数和降低变形温度均有助于组织细化;在相同道次和挤压路径下多步法ECAE变形由于降低了后续变形温度从而获得了晶粒更加细小的镁合金.     

等通道转角多道次挤压有限元模拟

等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)是一种制备超细晶材料的新工艺.工艺路径的选择对试样的应变分布均匀性有重要的影响.利用非线性有限元软件MSC.Marc对等通道转角多道次挤压过程进行了模拟计算.通过对ECAP中试样沿A路径和C路径6道次挤压的模拟,获得了A路径和C路径等效应变分布规律.结果表明,试样沿C路径的等效应变要比沿A路径更均匀,但C路径对试样端部等效应变的累积效果不如A路径;试样沿A、C两种路径每道次最大挤压力逐渐增加,大小基本相同.     

Al-Zn-Mg-Cu合金新型等通道转角双向镦挤变形行为分析

以超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象,采用数值模拟和实验相结合的方法对其等通道转角双向镦挤过程进行分析。结果发现,变形过程可以分为近局部镦粗、剪切变形、最后填充三个阶段,变形结束后试样根据金属流动和网格畸变程度划分为小变形区、不变形区、剪切变形区、剧烈变形区。不同加载方式使变形区域发生不同程度偏移,上下冲头速度差越大,变形均匀性越差,速度比为1时可获得最大的应变量为3.97,且变形均匀性系数最低为1.89。同时,对不同路径下的多道次变形行为进行研究,发现4道次结束后,B路径比A路径变形更加均匀充分,其变形均匀性系数降低了29 %,剪切变形区占比提升了14 %。