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。     

方形等通道角挤压力计算与分析

通过对等通道角挤压(ECAP)变形过程进行分析,并运用上限定理,推导出ECAP变形过程挤压力计算公式,并验证了公式的可行性。研究了模具结构和摩擦力对ECAP挤压力的影响,结果表明,随着模具内角和外角的增大,ECAP挤压力降低,模具内角对ECAP挤压力的影响更大;摩擦力对ECAP挤压力的影响显著,接触面粗糙时的挤压力是光滑时的19倍。为模具设计和模具材料、挤压设备的选择提供了理论依据。     

等径角挤压中内角半径作用的有限元模拟

内角半径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内角半径在等径角挤压过程中的作用。结果表明,内角半径小易产生空隙;随内角半径的增大,材料流动阻力增大,试样底部速率降低,引起试样严重的不均匀变形与等效应变的不均匀分布。     

基于Normalized C&L准则的ECAP裂纹萌生趋势的数值模拟

根据Normalized Cockcroft&Latham韧性断裂准则,利用Deform-2D对6061Al等径角挤压过程进行了裂纹萌生趋势的模拟,在一道次模拟中,得出了模具拐角φ、外转角半径r与背压对试样裂纹损伤分布的影响:模具拐角越大,裂纹损伤值越小;外转角半径r=6 mm为最佳,大于6 mm时裂纹损伤值增大;施加背压有利于减少裂纹的产生,背压越大,裂纹损伤值越小,但是,考虑到ECAP的效率,背压值不能选择太大的数值。对多道次ECAP进行数值模拟,并与实验结果进行对比验证。结果表明,三道次、A路线挤压后裂纹损伤值在上表层最大。     

Al-5Ti-B合金等径角挤压变形过程的数值模拟

运用有限元模拟等径角挤压过程(ECAP),分析了试样的变形条件与模具的受力状态和金属的流动规律。材料的变形主要集中在模具两个通道的拐角处,变形梯度较大。在ECAP过程中不可避免产生末端效应,因此试样应该足够长,以便能够产生一个稳定变形区,从而获得良好的挤压效果。挤压速度对等径角挤压的影响不大,考虑到挤压效率的影响,应采用较高的挤压速度。     

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。     

挤扭过程中应变量对纯铜组织性能影响

运用有限元模拟软件MSC.Marc对纯铜挤扭工艺进行研究,分析挤扭变形过程、应变分布以及挤压道次对应变分布的影响。结果显示,变形可分为变形开始、完全充满、逐步挤出3个阶段。1道次成形后试样中心应变量较小,边缘处相对较大;随着挤压道次的增加,试样中心、边缘应变量均显著增大。采用自行设计的挤扭模具,在室温下进行纯铜的多道次挤扭试验。试验结果表明,应变量较大的边缘处晶粒变形较为剧烈,硬度值也相对较高;挤压道次增加,应变量增大,晶粒变形剧烈,硬度值愈高。     

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.     

带背压等径角挤压力的滑移线解析及背压作用分析

运用滑移线理论推导出了带背压一道次ECAP的挤压力理论解析式,并运用Deform-3D软件对铝材的带背压ECAP过程进行了模拟验证。结果表明:挤压力的滑移线理论解与模拟均值相符;背压扩大了ECAP过程塑性变形区域,提高了材料塑性变形均匀性及应变能力,细化了晶粒;施加背压大小不变时,摩擦系数越大、模具内、外角越小,ECAP所需挤压力也越大,对模具结构、优化设计的要求越高。     

Al-Mg-Mn合金不等径角挤压有限元分析及实验研究

利用Deform-3D软件对Al-Mg-Mn合金进行了不等径角挤压有限元分析,研究了变形过程中试样的等效应变、等效应力分布规律以及挤压载荷的变化情况,并与同等条件下的等径角挤压进行了对比。模拟结果表明,不等径角挤压过程中,坯料在转角处会同时发生剪切变形与径向挤压变形,所需的挤压力较等径角挤压更大,但单道次应变量显著提升,提高了挤压效率与晶粒细化能力;不等径角挤压后,应变沿坯料长度方向呈现分段分布,从料头区域至料尾方向逐渐增大,然而坯料横截面上各处应变差别较小、无应变层化现象。实验验证结果表明,UECAP工艺可以显著细化Al-Mg6-Mn0.7合金晶粒,与模拟结果相符。     

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%。     

通道截面形状对纯钛室温ECAP变形影响的有限元分析

采用有限元软件Deform-3D对室温纯钛等径弯曲通道变形(ECAP)过程进行数值模拟,分析了不同等通道截面形状条件下载荷变化、变形行为以及等效应变分布情况。结果表明:不同截面形状试样随着通道截面圆角增大,端部效应有所增加,试样与出口通道上壁之间的缝隙增大;不同通道截面挤压的行程载荷曲线趋势一致,常用的方形截面(R=0 mm)ECAP挤压时载荷最大;ECAP挤压后,试样纵向上等效应变从中部向两端递减,竖直方向上等效应变从上到下逐渐下降;方形(R=0 mm)和圆形(R=10 mm)截面ECAP挤压的等效应变较高,特别是圆形截面ECAP挤压心部等效应变要高于外表,这有别于其他塑性变形形式。     

等径弯曲通道变形力的研究

本文利用上界定理计算等径弯曲通道变形 (ECAP)的挤压力 ,为ECAP的模具设计、挤压力的计算提供了一种可行的方法     

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。     

6061铝合金复合挤压有限元模拟及试验研究

利用Deform三维有限元软件模拟了室温6061铝合金两种路径复合挤压(cyclic equal channel compression,CECC)的变形过程。结果表明:试样经反复镦挤(cyclic channel die compression,CCDC)+等通道转角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)复合挤压路径的等效应力与等效应变较大,晶粒细化效果比ECAP+CCDC路径好。CCDC+ECAP路径试样的抗拉强度较高,其断口表现出韧性断裂的特征。CCDC+ECAP是最佳的复合挤压路径之一。     

道次和路径对非致密体挤扭致密效果的影响

运用有限元方法对非致密体材料挤扭（Twist Extrusion,TE）进行分析。通过对纯铜多孔材料挤扭的数值模拟,获得了挤压道次和挤压路径对致密效果的影响。研究结果表明,挤扭工艺可以有效的对非致密体材料进行固结;随着道次增加,所需挤压力也越大,路径a下挤压力大于路径b;挤压道次的增加可以提高试样的有效密度;路径a下致密效果和试样相对密度的均匀性优于路径b。     

纯钨闭塞式双通道等径角挤压数值模拟及实验研究

采用数值模拟的方法分析单道次纯钨闭塞式双通道等径角挤压工艺的变形特点,并对比等径角挤压工艺和双通道等径角挤压工艺经过Bc路径4道次变形后的应变积累和分布特点。同时,为验证有限元模拟的准确性,开展了物理实验。结果表明,闭塞式双通道等径角挤压变形过程可分为初始阶段、镦粗成形阶段、剪切变形阶段和最终成形阶段。3种工艺经4道次变形后均发生较大的应变积累,但是由于闭式模膛对试样头部的镦粗作用,闭塞式双通道等径角挤压经过4道次变形后等效应变量最大,且等效应变分布最均匀。通过对模具应力的分析,闭塞式双通道等径角挤压和双通道等径角挤压工艺可以有效解决等径角挤压工艺冲头偏载问题,且试样经闭塞式双通道等径角挤压变形后具有较大的静水压力,提高了纯钨塑性,有利于进行多道次变形。闭塞式双通道等径角挤压工艺变形后的试样可分为4个区域:剪切变形区、伸长变形区、头部小变形区和尾部未变形区。     

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.     

MB15合金等通道转角挤压组织模拟和实验分析

采用等通道转角挤压(ECAP)对MB15合金试样进行挤压,利用有限元软件DEFORM-3D进行ECAP晶粒组织模拟,探索采用有限元模拟与实验分析相结合的方法,研究镁合金ECAP成形过程的晶粒组织变化规律。模拟结果表明:数值模拟后试样从头部P1处、中部P2处到尾部P3处的晶粒组织细化程度明显减小,平均晶粒尺寸从初始的13.32μm减小到2.3~3.1μm;采用ECAP方法进行一道次挤压,试样的平均晶粒尺寸从13.32μm减小到2.2μm。对比数值模拟与实验分析结果表明:两者在晶粒细化程度上吻合良好。     

AZ91镁合金热挤压力能参量的研究

通过对均匀化处理后的AZ91镁合金热挤压试验研究,探讨了挤压工艺参数对挤压力的影响规律.结果表明:随着挤压温度的升高、挤压比及挤压速度的降低,挤压力随之下降,其中挤压温度对挤压力的影响最为显著,当挤压温度在350℃～450℃、挤压比为40时,单位挤压力在460MPa～890MPa左右变化;并采用上限法对挤压死区进抒分析,建立了挤压力的理论解析,实验结果表明理论计算值与实洲值较为吻合.