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。     

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。     

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。     

钨粉包套等径角挤压致密行为的介观尺度分析

基于离散单元法理论,建立纯钨粉末多孔材料等径角挤压的离散元模型,并对其进行单道次变形行为和致密行为的数值模拟和实验,获得了变形中颗粒簇流动过程、速度场、接触力链、致密行为等相关场量变化规律。结果表明,标记颗粒在剪切区的流动过程反映了颗粒簇在剪切力作用下的变形规律;试样头部形状及变形中内转角处的间隙都与内外转角处的速度分布不均有关;经一道次挤压后颗粒间孔隙数量减少,致密度提高,材料性能得到改善。实验结果与模拟结果较为一致,证明了所建模型的可靠性。     

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.     

纯铝粉末多孔烧结材料等通道转角挤压致密化行为研究

对纯铝粉末烧结材料进行等通道转角挤压实验,结果表明:经一次挤压后主要变形区组织剪切变形特征明显,内部的孔隙基本闭合,组织明显细化;多道次挤压后,不同挤压路径得到材料组织形态及孔隙闭合效果不同.研究认为,单道次ECAE过程中的孔隙闭合效果取决于试样所处的应力状态,即剪应力和球应力张馈的良好匹配是材料获得良好的致密效果的关键.多道次挤压由于变形量的累积和不同的剪切特征不断改变基体及孔隙的形状,使材料进一步致密.     

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。     

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。     

挤扭成形对等径角挤扭工艺固结纯铝粉末-包套过程的影响（英文）

采用3D有限元模拟、实验研究和理论分析,并在与传统等径角挤压工艺对比基础上,系统研究挤扭成形对等径角挤扭工艺固结纯铝粉末-包套过程的影响。模拟结果表明,在等径角挤扭法固结纯铝粉末-包套过程中,挤扭成形起反向背压作用,螺旋通道所提供的旋转剪切变形和高静水压力可大幅增加材料内部的塑性剪切应变,显著改善变形坯料的变形均匀性。在内角为90°、螺旋角为36.5°的方形截面通道模具上,经200℃下1道次等径角挤扭变形实验,成功将纯铝粉末颗粒固结为近致密的块体材料。有限元模拟与实验结果具有较好的一致性。显微组织观察和硬度测试实验结果表明,等径角挤扭法固结的块体材料晶粒更加细小,孔隙得到有效收缩焊合,组织性能均匀性更好。这是由于在等径角挤扭变形过程中剧烈剪切应变大大增加,同时挤扭成形所起的反向背压作用有效提高了Al原子的自扩散系数。     

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。     

静水压力对粉末多孔材料等径角挤压过程的影响

等径角挤压是获得块体超细晶材料的一种重要方法.针对纯铝粉末多孔材料,采用可压缩刚塑性有限元法对其等径角挤压过程进行数值模拟,并着重分析了静水压力对挤压效果的影响.研究结果表明,等径角挤压具有强烈的致密效果,增加变形体内部的静水压力不仅可以增加试件的变形能力,而且利于提高变形过程中材料的致密速度和获得高致密度的试件.     

等径角挤压法制备超细晶的研究现状

总结了等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing，ECAP)过程中的影响因素、晶粒细化的机理等方面的研究进展，讨论了挤压温度、挤压速度在ECAP过程中对材料的影响，简述了ECAP的变形途径、变形次数对材料晶粒、材料变形量的影响。论述了由等径角挤压方法制备超细晶材料的发展现状并提出了一些需要进一步深入研究的方面。     

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.     

等径通道挤压制备超细晶金属过程中后压力影响的有限元分析

使用有限元方法模拟在等径通道挤压过程中,后压力对材料塑性变形的影响,并对多道次挤压试验结果进行分析比较.结果表明:施加后压力可以有效提高材料每道次挤压的塑性变形程度和分布均匀性.在多道次挤压过程中,施加后压力可以大幅度降低晶粒最终细化尺寸,降低挤压温度来减小温度对晶粒细化效果的影响.     

Experimental and numerical investigation on pure aluminum by ECAP

The equal channel angular pressing(ECAP) experiments were carried out with industrial pure aluminum and an in-house mould. The comparison of material grain size before and after ECAP was performed by applying the technique of electron back scattered diffraction(EBSD). The results show that the grains in the material after ECAP are refined and the yield stress and ultimate strength are increased. In order to investigate the deformation mechanism during ECAP and the reason for driving grain size refinement, three-dimensional numerical simulations of the ECAP process were carried out. Based on the Lode parameter analysis, the deformation of the material sample is found very complicated, not just pure shear during extrusion through the angular channel. The simulation confirms that a strong strain gradient in the sample material is imposed by the ECAP.     

Fabrication of High Performance PM Nanocrystalline Bulk AA2124

AA2124 nanopowders <100 nm in particle size and 20 nm internal structure produced by high energy ball milling of gas-atomized micronpowders ~45 μm in particle size and 700 nm internal structure were processed in to bulk rods. The micro- and nanopowders were hot compacted using uniaxial pressing for preliminary densification at 0.7T _m of the alloy. Selected intact hot compacts (HCs) were promoted for warm severe plastic deformation via equal channel angular pressing (ECAP) at the minimum possible deforming temperature for final densification. Effect of the fabrication method of the consolidated powders was investigated. A combined processing via HC/ECAP produced bulk nanostructured rods 2.5 μm and 50-60 nm in grain size for the micro- and nanopowder consolidates, respectively. The powder properties controlled the degree of densification and mechanical behavior during the hot compaction stage, which influenced strongly the deformation behavior during subsequent ECAP. At the end of HC/ECAP one pass, the HC stage was responsible for about 83 and 95% of the total grain coarsening encountered for the micro- and nanopowder HCs, respectively. Throughout the various consolidation stages employed, the ball-milled (BM) nanopowder consolidates exhibited 2/3 the grain growth and displayed almost twice the hardness and compressive strength values of the gas-atomized micronpowder ones. Influence of BM and HC on the Al₂O₃ layer formed around the individual powder particles was also investigated.     

粉末多孔材料等径角挤压热力耦合有限元数值分析

等径角挤压是获得块体超细晶材料的一种重要工艺方法。针对粉末多孔材料,采用体积可压缩刚粘塑性热力耦合有限元法对其等径角挤压过程进行模拟分析。结果显示,等径角挤压工艺对粉末多孔材料具有强烈的致密效果,变形温度和接触摩擦状况对变形及致密存在明显的影响。研究表明,材料所处的静水压力状态对多孔材料的挤压效果影响显著,高的静水压力状态有利于提高粉末材料的变形能力及致密效果,改进的带背压工艺有利于提高变形的均匀性,扩大工艺的应用范围。     

ECAP制备超细晶生物医用钛及钛合金的研究进展

钛及钛合金由于质轻、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、耐腐蚀性能和耐磨损性能限制了其发展和应用。剧烈塑性变形被认为是对金属材料最有效的晶粒细化方法之一,其中,等通道转角挤压（ECAP）是制备块状超细晶（UFG）/纳米晶金属材料的常用技术。通过ECAP变形,可以制备具有优异综合性能的UFG钛及钛合金。本文综述了生物医用UFG钛及钛合金的ECAP制备方式,着重讨论了ECAP变形对钛及钛合金的组织、力学性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能的影响,分析了钛及钛合金的ECAP变形机制和晶粒细化机制,提出了通过ECAP变形结合传统塑性加工和变形后热处理来进一步优化钛及钛合金综合性能的想法。     

基于位错演化模型纳米晶块体材料晶粒的演变

利用试验及数值仿真方法研究了工业纯铝在等径角挤压变形过程中晶粒的尺寸变化。数值仿真过程引入位错演化模型,对纯铝等径角挤压过程中晶粒尺寸的演化进行了模拟。研究结果表明,基于位错演化模型,经4道次剪切变形仿真后纯铝出现纳米级晶粒。数值仿真结果与试验对比显示,两者结果一致,说明利用数值仿真可以预测等径角挤压块体材料晶粒尺寸的演变过程。     

Damaging Prediction of Difficult-to-Work Aluminum Alloys During Equal Channel Angular Pressing

Severe plastic deformation (SPD) is a well-established method in the recent years for grain refinement in metallic materials. Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most effective SPD techniques. Inherent failures of ECAP, consisting in billet damage, take place if not made a correct process design. In this article, the evolution of damaging for a difficult-to-work Al-Mg alloy during ECAP was investigated. A tridimensional finite element analysis was performed for four different die designs to study the influence of die geometry and process parameters on billet damaging. To validate modeling we used, load level and strain distribution were depicted. Experimental tests were performed to test the numerical prediction. The results show that cracking may be reduced or eliminated by inner fillet corner of the die channels. It was demonstrated that the predicted results were in good agreement with experimental data obtained for 5052 aluminum alloy. The direct effect of knowledge about load and damaging during ECAP is to prevent both tool and billet damage.