纯铝等径角挤扭新工艺变形

等径角挤扭(ECAPT)是结合等径角挤压(ECAP)和挤扭(TE)两种典型的大塑性变形(SPD)工艺而产生的一种新型细晶材料制备技术。利用刚塑性有限元技术对纯铝1100ECAPT工艺变形特征进行模拟研究,获得了等效应变和等效应力的大小及分布规律,分析了挤压载荷随变形时间的变化规律及其对试样变形的影响。结果显示,在模具拐角和螺旋通道处,等效应变得到有效积累,最终呈层状分布,且相对较为均匀,应变分布均匀性也得到一定改善,等效应力在上述两处区域达到最大。采用纯铝进行室温3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,实验结果与模拟结果具有较好的一致性;晶粒得到了明显细化,屈服强度、抗拉强度与显微硬度等力学性能得到明显提高,但试样塑性略有降低。     

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     

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。     

带背压等径角挤压挤压力上限解析

等径角挤压过程中施加背压,可以有效地改善材料微观组织和力学性能。运用上限理论推导出了带背压等径角挤压的挤压力解析式,结合实验进行验证,分析了背压作用的影响因素及背压效果,为等径角挤压的工艺优化、背压施加方式、模具设计及设备选择,提供了可行的方法。     

等通道转角挤扭工艺对SiC_p-Al复合材料SiC颗粒分布的影响(英文)

采用等通道转角挤扭工艺(ECAPT)将体积浓度为35%的SiC颗粒与65%的纯铝混合粉末直接制备SiCp-Al复合材料。基于金相组织观察和样方法分析,研究在同一试样不同的位置和不同的变形阶段的SiC颗粒分布,并与多道次等通道转角挤压工艺(ECAP)下SiC颗粒的分布进行比较。实验结果表明:剪应变对SiC颗粒的分布有重要的影响。在ECAPT过程中,SiC颗粒分布的均匀性从压实阶段到转角阶段得到很大的改善;单道次ECAPT工艺对SiC颗粒分布均匀性的改善效果相当于两道次ECAP,可以获得相对均匀的颗粒分布。     

碳化硅颗粒增强铝基复合粉末等通道转角挤扭的致密行为

对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行等通道挤扭实验和模拟,研究粉体在变形过程中的致密行为。结果表明,SiCp/Al复合粉末材料在等通道转角挤扭工艺中通过3个剪切面和7个变形区能得到有效致密。ECAPT过程中材料所处的球应力和切应力的叠加状态,是材料孔隙得到有效致密的关键。变形过程中,SiC颗粒被剪切细化,促进了团簇颗粒的分散和孔隙的致密。TE通道的剪切作用能使SiC颗粒进一步细化,但材料的整体致密度略有下降。     

Mg-1Zn-1Gd合金在等径角挤压下的晶粒细化机理及织构演变

研究等径角挤压(ECAP)对Mg-1Zn-1GD合金组织、织构和动态再结晶行为的影响,结果表明,在350℃等径角挤压后,试样的显微组织由细小的再结晶晶粒组成,基体中有大量均匀分布的等轴晶。8道次获得平均晶粒尺寸为3.6m的均匀超细晶粒结构。不连续动态再结晶(DDRX)和连续动态再结晶(CDRX)导致晶粒细化。利用电子背散射衍射技术对织构进行了分析。结果表明,经过4次ECAP后,形成了较强的基础纹理(多重随机分布~19.76)。随着挤压道次的增加,挤压合金板材基面上的晶粒主要沿挤压方向拉长,取向分布由集中状态向分散状态转变。织构减弱,最大值为15.66。最后表明织构与Mg-1Zn-1GD合金的平面各向异性有关.     

等径角挤压模设计

介绍了等径角挤压工艺原理,进行了等径角挤压时挤压力计算和凸模、相关配套零件及挤压模的设计。利用该模具成功制备出了平均晶粒尺寸为1.5μm的超细晶粒纯铜柱状材料,经实验分析,所获得超细晶粒纯铜的许多力学性能指标均得到了提高,抗拉强度从原来的235MPa提高到420MPa,硬度从114HV提高到184.3HV,延伸率由原来的45%降低到19%。     

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。     

基于数值模拟的等通道转角扭挤工艺参数优化设计

对AISI-4140材料的等通道转角扭挤过程进行数值模拟,将扭转角β、背压P、摩擦因子μ和挤压速度v作为挤压工艺参数,以平均等效塑性应变εm、平均等效塑性应力σm、最大损伤值δmax作为优化设计目标。运用追踪点法和灰色系统理论的灰色关联度优化工艺参数,最终使设计目标值达到εmmax、σmmax、δmmianx。结果表明,在施加背压的条件下,ECAPTE工艺使变形材料迅速地形变累积,最大损伤值显著地减小,使剧烈塑性变形材料组织的晶粒获得显著细化。     

有限元分析等径角挤压中通道外角的影响

通道外角是等径角挤压过程中影响试样变形均匀性的重要因素.运用有限元模拟的方法研究了通道外角在等径角挤压过程中的影响.研究结果表明:随着通道外角的增大,材料的流动阻力降低,材料的剪切更加趋于均匀,致使试样的变形和等效应变分布都更加均匀.     

等径角挤压有限元模拟模具应力分析

本文利用非线性有限元软件MSC.M arc模拟了等径角挤压(Equal Channel Angu lar Extru-sion,ECAE)过程中模具的应力分布。结果表明:模具拐角处承受的应力较大;摩擦力对等径角挤压过程中模具应力有显著影响。     

等径角挤压对大尺寸纯铝棒材力学性能的影响

采用等径角挤压(ECAP)技术挤压大尺寸工业纯铝棒材,探讨了挤压次数对其力学性能的影响。结果表明,随挤压次数的增加,纯铝棒的抗拉强度、屈服强度得到显著提高,6道次左右达到饱和,与未挤压的棒材相比,其抗拉强度提高185%,屈服强度提高138%;伸长率经1道次挤压后大幅度下降,由28.8%下降至8.8%,此后伸长率基本保持稳定。硬度也随挤压次数的增加而增加,在4道次达到饱和。     

材料等径角挤压法发展新趋势

材料等径角挤压法(ECAP)有着相对简单的制备工艺及较好的细化效果.综述了块体纳米材料等径角挤压制备技术的工作原理,并分别介绍了新发展的连续等径角挤压方法,如旋转模具ECAP技术、多级连续ECAP法、板材连续剪切变形法、ECAP-Conform新技术等,并对连续等径角挤压法的应用前景进行了展望.