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。     

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。     

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。     

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（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。     

粉末包套轧制工艺对泡沫铝夹芯板制备的影响

采用粉末包套轧制法成功制备出泡沫铝夹层板,通过对粉末包套轧制工艺的研究,结合SAYN-CG90数码相机和扫描电镜(SEM)等检测方法系统研究了初始密度和压下率对制备可发泡预制体的影响,以及泡沫铝夹层板的泡孔结构的影响,结果表明:当初始密度大于2.40g/cm3,压下率为65%~75%的时候,可以获得面板表面良好,粉体均匀、致密的预制坯,并且实现面板与芯层的有效结合,最终获得泡孔结构完整和均匀的泡沫铝夹芯板。     

变形道次对基于等径角挤扭法制备的SiC_p/Al复合材料界面的影响（英文）

在250°C下,利用等径角挤扭变形工艺(ECAP-T)将纯Al和经氧化处理的Si C混合粉末固结成10%Si Cp/Al复合材料。采用X射线光电子能谱仪(XPS)测定SiC颗粒氧化处理前后Si元素的价态以及固结后复合材料中Al元素的价态,通过扫描电镜(SEM)对复合材料的界面进行观察,并利用能谱仪(EDS)对界面结合处进行元素线扫描和面扫描,最后对复合材料界面进行纳米硬度的测量。结果表明,ECAP-T变形后,Al和Si C的氧化层之间发生了界面反应,抑制了有害界面相的产生,并产生了基体和增强体之间的元素互扩散;随着ECAP-T变形道次的增加,界面反应程度加剧,元素扩散层加厚,使复合材料从增强体到基体的硬度过渡更加平缓。     

等径角挤扭法制备的SiC_p/Al复合材料界面、晶格畸变和位错密度（英文）

在523 K下,利用等径角挤扭变形工艺(ECAP-T)将纯Al和经氧化处理的Si C混合粉末固结成10%Si Cp/Al复合材料。采用透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对所制备的复合材料界面进行观察,并对相应选区电子衍射花样(SAED)进行标定。利用能谱仪(EDS)对界面结合处进行元素含量测定,并对试样选区部分进行面分布扫描。采用X射线衍射仪(XRD)对不同变形道次(1,2和4道次)所制备的复合材料进行分析。研究结果表明,ECAP-T变形后,Al和Si C之间的界面相属于一种非晶态Si O2层,并含有少量从基体和增强颗粒扩散进入的元素(Al,Si和C);随着ECAP-T变形道次的增加,复合材料中Al晶粒的晶格应变不断增加,导致晶内位错密度增大,其典型晶面的布拉格衍射角逐渐减小,而晶面间距逐渐增大。     

挤压件尺寸对等径角挤压成形工艺的影响

为了通过大塑性变形技术制备出满足工业需求的大尺寸块体超细晶材料,采用有限元法模拟了不同尺寸挤压件的1、2道次等径角挤压过程,得到了各挤压件的等效应变、等效应力和载荷曲线.分析得出:挤压件尺寸对等效应变的大小和分布以及等效应力的大小影响甚微;但随着挤压件尺寸的增大,等效应力和2道次等效应变的分布均匀性降低,挤压载荷增大.这表明:经过多道次等径角挤压的大尺寸挤压件可以获得晶粒分布均匀的大块体超细晶材料.     

工艺路线对等径角挤压变形均匀性的影响

等径角挤压被认为是制备块体超细晶材料最有前景的工艺方法之一.采用刚塑性有限元法分析了不同路线多道次等径角挤压后的等效应变分布.结果表明:一道次等径角挤压后坯料中间主要变形区下部坯料的等效应变较低.A路线多道次挤压后,变形更加不均匀,上下表面的等效应变差值增大;C路线挤压后等效应变分布呈上下表面小,中间较高的分布特征,且随挤压次数的增加,中心和上下表面的等效应变差异增大.B_c路线多次挤压后的等效应变分布较均匀,等效应变较高的区域应变相差较小且所占区域较大.模拟结果对于等径角挤压工艺的制定可起到指导作用.     

工件截面对AZ31镁合金包套等径角挤压工艺的影响

使用有限元模拟软件DEFORM-3D分别对不同截面工件的包套等径角挤压过程进行数值模拟,分析了试样截面形状为圆形和正方形的EACP模型变形过程中应变分布及损伤因子的大小。结果表明,不同截面试样稳定变形阶段等效应变分布规律相似,圆截面试样的垂直方向等效应变分布更加均匀;挤压过程中,圆截面试样完全处于压应力状态,方截面试样在剪切变形区受到拉应力会导致包套开裂、内部坯料萌生裂纹甚至发生断裂;对比方截面试样,圆截面试样损伤因子较小;建议AZ31镁合金包套ECAP工艺的工件截面设定为圆形截面。     

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。     

工业用纯钛等径角挤压的显微组织控制方法综述（英文）

综述了工业用纯钛(CP-Ti)大塑性变形技术的等径角挤压工艺,主要集中在等径角挤压参数的影响,包括通道角和曲率角、挤压路径、挤压温度、挤压速度、内部产热、挤压道次和背压。为了获得CP-Ti的最大均匀性、晶粒细化和提高力学性能,对不同等径角挤压CP-Ti进行了表征,如显微组织、应力不均匀性和力学性能。研究表明,在挤压温度为450°C,挤压速度为1~3 mm/s,挤压路径为BC,加载背压,通道角和曲率角分别为90°和20°的条件下能获得最均匀的超细组织。     

烧结过程中铝粉末压坯的低频内耗行为（英文）

在室温至600℃之间,研究铝粉末压坯在烧结过程中的内耗行为,其在升温和降温过程各出现一个典型的内耗峰。升温峰具有测量频率、应变振幅、升温速率依赖性,同时,随铝颗粒粒径、压坯成型压力的不同而变化。分析认为升温峰与形变铝颗粒的再结晶过程有关,但该峰产生的本征原因是形变铝颗粒之间弱结合界面的微观滑移,同时还与成型过程中位错密度的增加有关。降温峰与铝晶界的粘滞性滑移有关,属于晶界弛豫峰,其激活能为(1.64±0.06)e V。此外,镁粉末压坯具有与铝粉末压坯相似的内耗现象。     

背压对等径角挤压成形工艺影响的有限元分析

运用有限元分析法对材料的一道次背压等径角挤压(EACP)过程进行了数值模拟研究,探讨了在不同条件下背压对塑性变形的影响特点。结果表明:背压的影响是有利的,背压扩大了EACP过程塑性变形区域,可以有效地增加试件变形量和变形均匀性,提高了材料塑性应变能力。在施加背压大小不变时,摩擦系数越大、模具内角和外角越小,EACP所需挤压力也越大,对模具结构要求越高。     

各种介质对等径三通管复合胀形工艺的影响

三通管广泛应用于工业、建筑、装饰等行业,为了提高三通管的质量及降低加工成本,三通管胀形工艺研究势在必行.胀形工艺关键技术之一是胀形介质的选用,通过采用石蜡、粘土、尼龙、硅橡胶和聚氨酯橡胶等材料作为胀形介质进行了大量的胀形实验.从实验中得出的数据可知,以上各种介质都可以达到要求的胀形系数.但从得到零件的外部及内部的质量来看,并且结合金属流动规律分析得知,内壁要求高的工件,可选用尼龙、聚氨酯橡胶、硅橡胶为介质;反之,对内壁要求不高或无要求的工件,可用石蜡作为介质,并且可回收利用,降低成本.这对于三通管胀形技术的实际生产具有重要的指导意义.     

累积挤压工艺制备纯铝的晶粒细化及力学性能（英文）

研究一种新的剧烈塑性变形技术,即累积挤压结合(AEB)加工超细晶粒铝。显微组织表征结果表明,界面结合良好,6道次后样品的平均晶粒尺寸约为440 nm。拉伸试验结果表明,5道次后样品的抗拉强度达到最大值195 MPa,总伸长率超过16%;样品的硬度也显著提高,且在第1道次后几乎达到饱和。累积挤压加工的样品经拉伸试验后的扫描电镜断口形貌表明,断裂模式为剪切韧性断裂,同时出现细长浅韧窝。与传统累积叠轧工艺相比,此新型累积挤压技术在细化晶粒和改善力学性能方面更有效。