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。     

纯铝等径角挤技术(Ⅱ)--变形行为模拟

通过有限元模拟和坐标网格，对纯铝等径角挤过程的变形行为进行了模拟和试验。结果表明，纯铝在单道次等径角挤压过程中所需的载荷随着样品位移的增加大致可分为快速增加、缓慢增加、快速增加、载荷值趋于稳定、载荷下降5个阶段。由于样品外部在主要变形区的流动速率比样品内部的快，因而样品在等径角挤压过程中会出现不均匀变形，样品底部沿宽度方向的塑性变形量明显少于样品顶部和中部的，坐标网格法实验结果也证明了这一点。在等径角挤压过程中，样品不同部位的应力状态不一致，样品内部存在压应力→拉应力的转变，样品外部存在压应力→拉应力→压应力的转变。摩擦消除后，有效应变有所增加，但并不能降低样品变形的不均匀性；采用尖角模具既能产生更大的剪切应变，又能提高变形的均匀性。     

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。     

纯铝等径角挤技术(Ⅰ)--显微组织演化

研究了纯铝在3种(A、B和C)不同等径角挤工艺中的显微组织演化.结果表明: 纯铝经过等径角挤压变形后, 其显微组织特征与加工路线有很大的关系.提出了立方元素扭转模型, 分析了3种不同加工路线的剪切面和剪切方向, 较好地解释了采用3种不同路线挤压后材料显微组织的演化规律.在路线C(各道次挤压间试样旋转180°)中, 每次挤压样品总是在相同的剪切面上发生剪切, 每相邻道次之间的剪切方向相反, 前一次变形产生的剪切应变被随后紧接着的下一次挤压所抵消, 这导致了多余的剪切应变;在路线A(各道次挤压间试样不旋转)中, 有两个相交成60°的剪切面, 剪切交替地在两个剪切面上进行;在路线B(各道次挤压间试样旋转90°)中, 存在4个不同的剪切面和剪切方向, 挤压交替地在4个剪切面上进行, X, Y和Z平面上的晶粒都发生了剪切, 这有利于等轴晶结构的形成.     

纯铝粉末材料单道次等径角挤扭变形的微观组织

对纯铝粉末材料进行200℃单道次等径角挤扭(ECAPT)变形实验研究。采用光学显微镜(OM)、电子背散射技术(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)观察和分析变形组织微观结构的变化规律,获得有关晶粒形貌、晶粒尺寸以及晶粒取向分布的信息。结果表明：ECAPT工艺对粉末材料具有强烈的致密和细化效果,1道次ECAPT变形后组织接近完全致密,晶粒细化效果明显,平均晶粒尺寸约为5.2μm;晶粒尺寸分布不均匀,亚晶界和小角度晶界所占比例较高;变形组织内部形成了明显的择优取向,沿剪切方向均匀对称分布,以剪切织构类型为主;200℃条件下,纯铝粉末材料单道次 ECAPT 变形过程中,晶粒的显著细化主要得益于材料组织所承受的剧烈剪切变形和内部所累积的大量有效应变。     

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。     

纯铝等径角挤技术（I）——显微组织演化

研究了纯铝在 3种 (A、B和C)不同等径角挤工艺中的显微组织演化。结果表明 :纯铝经过等径角挤压变形后 ,其显微组织特征与加工路线有很大的关系。提出了立方元素扭转模型 ,分析了 3种不同加工路线的剪切面和剪切方向 ,较好地解释了采用 3种不同路线挤压后材料显微组织的演化规律。在路线C(各道次挤压间试样旋转 180°)中 ,每次挤压样品总是在相同的剪切面上发生剪切 ,每相邻道次之间的剪切方向相反 ,前一次变形产生的剪切应变被随后紧接着的下一次挤压所抵消 ,这导致了多余的剪切应变 ;在路线A(各道次挤压间试样不旋转 )中 ,有两个相交成 6 0°的剪切面 ,剪切交替地在两个剪切面上进行 ;在路线B(各道次挤压间试样旋转 90°)中 ,存在 4个不同的剪切面和剪切方向 ,挤压交替地在 4个剪切面上进行 ,X ,Y和Z平面上的晶粒都发生了剪切 ,这有利于等轴晶结构的形成     

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。     

粉末材料等径角挤扭成形显微组织与性能

以纯铝粉末和8.75vol%-SiC、35vol%-SiCp/Al基复合粉末材料为研究对象,分别在150℃和250℃温度下,采用粉末包套-等径角挤扭工艺,成功将粉末颗粒直接固结成高致密度的块体细晶材料。结果表明,变形后铝粉材料、8.75vol%和35vol%SiCp/Al基复合材料致密度分别为0.95、0.99和0.94;显微硬度分别为43HV、69HV和57HV,分别约为工业纯铝的1.3倍、1.7倍和2.0倍;复合材料成分分布及显微硬度均匀性在等径角挤扭强烈的剪切细化作用下得到显著改善;屈服强度分别为43.9MPa、120.1MPa和87.6MPa,抗压强度分别为54.8MPa、155.3MPa和122.7MPa,相比于致密体铝性能均有很大的提高;材料断口均以大小不一的基体铝片状断裂为主要特征。     

ECAPT过程中载荷变化规律的数值模拟

为了掌握纯铝在ECAPT过程中的力学变化规律,利用刚塑性有限元技术对纯铝1100的ECAPT变形行为进行数值模拟,重点分析了载荷在挤压过程中的变化规律及产生变化的原因。结果表明：ECAPT过程大致分为载荷骤升、2次小幅度升高和载荷下降4个阶段;载荷峰值随着摩擦因数的增大迅速增大,应采取有效的润滑措施减小摩擦从而降低载荷峰值,提高模具寿命;随着摩擦因数的增大,载荷在达到各阶段峰值后下降趋势越来越明显。     

等径角挤压法制备块体超细晶材料的研究现状及展望

对块体超细晶材料的研究是近年来的一大热点.大塑性变形法（Sever Plastic Deformation,SPD）之一的等径角挤压（Eaqual channel angular pressing ,ECAP）法,可以在室温或不太高的温度下,将材料的晶粒由几微米至几十微米细化至200nm～400nm,材料的性能得到提高,并且ECAP法有着相对简单的制备工艺及较好的细化效果.本文介绍了ECAP处理对提高材料的强度、疲劳寿命、超塑性等的贡献以及影响ECAP工艺的因素,分析了ECAP目前存在的问题,并对ECAP的应用前景进行了展望.     

Refinement and consolidation of pure Al particles by equal channel angular pressing and torsion

Consolidation of pure Al powder was conducted at 200 °C by equal channel angular pressing and torsion (ECAPT) method. The grain refinement and consolidation behavior were deeply investigated by scan electronic microscopy (SEM) and transmission electronic microscopy (TEM). The density, hardness and room temperature compression properties of the deformed samples were measured. The experiment results show that ECAPT is an effective method of consolidating powders at relatively low temperatures. Pure Al particles are successfully consolidated into dense bulk material after 4 passes of ECAPT at 200 °C. The consolidated material possesses fine grain structure and excellent mechanical properties. The refinement and consolidation mechanisms were analyzed. ECAPT is a promising method to produce the high-performance bulk materials from particles.     

等通道转角挤压过程塑性变形行为的研究

等通道转角挤压工艺是一种利用纯剪切变形获得块状超细晶材料的新技术,本文采用坐标网格法进行实验,获得了力一行程曲线和试样网格的变化,并应用Deform-3D有限元软件数值模拟了5052铝合金挤压塑性变形过程,将挤压后的实验结果同模拟结果进行比较,两者吻合较好,以此为基础,分析了挤压变形力和等效应变的分布规律,探讨了塑性变形的行为.     

等通道转角挤压制备超细晶材料的最新研究进展

等通道转角挤压(Equal channel angular pressing,ECAP)方法是制备性能优异超细晶材料最常见的大塑性变形方法之一。模角、挤压路径、挤压道次、挤压温度和挤压速度等因素都会影响等通道转角挤压制备超细晶材料的性能;等通道转角挤压的模具也在不断地优化,如背压-等通道转角挤压(Back pressure ECAP,BP-ECAP)模具、可加热的模具以及在等通道转角挤压基础上形成的板材连续剪切技术等,这些新的模具可以改变ECAP变形过程中的组织均匀性。本文综述了等通道转角挤压制备超细晶材料的最新研究进展,并指出了几个需要深入研究的问题及方向。     

Analysis of T-shaped equal channel angular pressing using the finite element method

Plastic deformation behavior in T-shaped equal channel pressing, a modified equal channel angular pressing (ECAP) using T-shaped channel instead of conventional L-shaped channel, is analyzed by using the commercial finite element code DEFORM. Simulations were carried out under realistic conditions by considering the strain hardening of material and friction. The deformation behavior is more complicated and the strain induced is highly localized. Severe plastic strain is localized in the bottom region of the workpiece and very small strain is developed in the other region, which is in good agreement with the experimental results reported in the literature showing the nonuniformity in microstructure and hardness distribution. In addition, the load requirements of the T-ECAP are much higher compared to conventional ECAP.     

等通道弯角挤压变形机理模拟与工艺参数优化

通过等通道弯角挤压工艺 (EqualChannelAngularPressing ECAP)能够获得块状超细晶粒材料 (包括亚微米和纳米材料 )。模具几何形状、摩擦条件等工艺参数对挤压过程具有重要影响。本文应用作者自主开发的商品化软件 ,通过大量的有限元模拟 ,研究了过程参数对挤压件变形分布、挤压载荷的影响规律 ,给出了不同模具拐角和圆心角对ECAP挤压件变形区产生的累积等效应变、等效应力和载荷 行程曲线的影响 ,为优化模具形状和获得所要求的挤压件变形分布提供了大量有效的结果和规律。     

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.     

等径角挤压过程的计算机模拟

等径角挤压可以在不改变材料横截面的情况下使其反复产生严重的塑性变形,从而降低材料的晶粒尺寸,是制备块体超细晶材料的新工艺。该文采用DEFORM程序对等径角挤压过程进行了模拟,分析了挤压过程中材料的应力、应变、挤压力等的变化及其分布,为今后的研究打下了基础。