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.     

反压对粉末多孔材料等通道转角挤压过程的影响

采用体积可压缩刚粘塑性有限元法对粉末多孔材料带反压的等通道转角挤压过程进行数值模拟,获得粉末多孔材料在该过程中的变形和致密行为.并在此基础上分析反压大小和反压模具结构对挤压变形效果的影响.结果表明:采用带反压的方式可有效控制变形过程中粉末金属的流动,增加试件整体变形的变形量,提高变形均匀性及致密效果;带反压的等通道转角挤压工艺可有效降低试件在挤压过程中产生破坏的可能性,同无反压方式相比,带反压挤压件内部获得更为均匀细密的内部组织结构.     

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。     

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。     

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。     

工业纯铝等通道球形转角挤压数值模拟与实验研究

为提高传统ECAE工艺的挤压效率和变形效果,提出一种具有"球形分流"结构的新型等通道球形转角挤压工艺。采用DEFORM-3D有限元软件对工业纯铝ECAE-SC变形过程进行模拟,研究金属流动、挤压载荷、等效应变以及平均应力的分布及变化规律;在自行设计的ECAE-SC模具上成功实现工业纯铝室温单道次连续变形,对变形组织进行了EBSD分析和显微硬度测试。结果表明:ECAE-SC模具外角处球状圆弧的平滑过渡有效改善底部金属流动性,坯料经球形转角依次发生剪切、膨胀和挤压等3种不同形式的复合变形,挤压载荷表现出"急剧上升-缓慢增加-稳定变形"的变化趋势;1道次ECAE-SC变形后,坯料内部平均累积塑性应变高达3.07,沿长度方向形成1个近似平行四边形的稳定应变区,变形均匀性良好;工业纯铝坯料经室温1道次ECAE-SC变形后,外形完整、表面光滑、宏观无裂纹;材料内部形成大量细长的剪切变形带,晶粒破碎和细化现象明显,平均显微硬度大幅提高,由初始36.6 HV增加至58.7 HV。     

等通道转角挤压过程有限元模拟

等通道转角挤压是一种新的制备超细晶粒材料的技术。对于工业纯铝材料的等通道转角挤压过程 ,采用有限元技术进行模拟 ,分析了挤压过程中材料的应力和应变并对不同摩擦条件下的挤压变形情况进行了分析 ,将有限元分析结果与实际网格变形进行了比较 ,两者结果基本吻合     

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.     

等通道球形转角挤压过程中工业纯铝的微观组织演变与力学性能

突破传统ECAP变形全过程通道等截面思路,提出一种耦合剪切应变和正应变于一体的新型等通道球形转角挤压(equal channel angular extrusion with spherical cavity,ECAE-SC)工艺。在自行研制的模具上对工业纯铝进行室温单道次ECAE-SC挤压实验,采用OM、EBSD和TEM等技术手段,研究了ECAE-SC变形过程中工业纯铝微观组织的演变规律,并测试了变形后试样的显微硬度。结果表明,在ECAE-SC工艺剧烈简单剪切变形诱导下,工业纯铝仅需1道次挤压变形即可获得等轴、细小、均匀的超细晶组织,平均晶粒尺寸约为400 nm;工业纯铝室温ECAE-SC变形以位错滑移为主并伴有不完全连续动态再结晶,其微观组织经历了剪切带→位错胞→小角度亚晶→大角度等轴晶粒等动态演化过程。1道次ECAE-SC变形后,工业纯铝组织以{110}001高斯织构为主,同时存在部分{111}112铜型织构;材料显微硬度值大幅提升,由初始289.4 MPa提高到565.3 MPa,增幅高达95.33%,且分布均匀性良好。     

挤压道次对等通道转角挤压高纯铝微观组织的影响

采用等通道转角挤压工艺,在常温下对高纯铝进行5道次挤压变形。利用透射电子显微镜和电子背散射衍射技术,对等通道转角挤压后高纯铝的组织结构、微观织构和晶界特征进行表征,研究挤压道次对等通道转角挤压高纯铝微观组织的影响以及挤压后材料组织的演化机制。结果表明：随着挤压道次的增加,材料剪切变形抗力不断增加;5道次变形后,材料晶粒得到显著细化,形成多边界平直、低位错密度的等轴状晶粒,晶粒尺寸约为0.9μm。同时,挤压5道次后材料的晶粒取向逐渐变得随机,微观织构在(80°, 35°, 0°)、(40°, 75°, 45°)和(0°, 85°, 45°)达到峰值;超细晶高纯铝晶界是几何必须晶界,挤压后超细晶的形成是连续动态再结晶的结果。     

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。     

Severe plastic deformation of commercially pure aluminum using novel equal channel angular expansion extrusion with spherical cavity

Equal channel angular expansion extrusion with spherical cavity (ECAEE-SC) was introduced as a novel severe plastic deformation (SPD) technique, which is capable of imposing large plastic strain and intrinsic back-pressure on the processed billet. The plastic deformation behaviors of commercially pure aluminum during ECAEE-SC process were investigated using finite element analysis DEFORM-3D simulation software. The material flow, the load history, the distribution of effective strain and mean stress in the billet were analyzed in comparison with conventional equal channel angular extrusion (ECAE) process. In addition, single-pass ECAEE-SC was experimentally conducted on commercially pure aluminum at room temperature for validation, and the evolution of microstructure and microhardness of as-processed material was discussed. It was shown that during the process, the material is in the ideal hydrostatic stress state and the load requirement for ECAEE-SC is much more than that for ECAE. After a single-pass ECAEE-SC, an average strain of 3.51 was accumulated in the billet with homogeneous distribution. Moreover, the microstructure was significantly refined and composed of equiaxed ultrafine grains with sub-micron size. Considerable improvement in the average microhardness of aluminum was also found, which was homogenized and increased from HV 36.61 to HV 70.20, denoting 91.75% improvement compared with that of the as-cast billet.     

Equal channel angular extrusion of NiTi shape memory alloy tube

As a new attempt, equal channel angular extrusion (ECAE) of nickel–titanium shape memory alloy (NiTi SMA) tube was investigated by means of process experiment, finite element method (FEM) and microscopy. NiTi SMA tube with the steel core in it was inserted into the steel can during ECAE of NiTi SMA tube. Based on rigid-viscoplastic FEM, multiple coupled boundary conditions and multiple constitutive models were used for finite element simulation of ECAE of NiTi SMA tube, where the effective stress field, the effective strain field and the velocity field were obtained. Finite element simulation results are in good accordance with the experimental ones. Finite element simulation results reveal that the velocity field shows the minimum value in the corner of NiTi SMA tube, where severe shear deformation occurs. Microstructural observation results reveal that severe plastic deformation leads to a certain grain orientation as well as occurrence of substructures in the grain interior and dynamic recovery occurs during ECAE of NiTi SMA tube. ECAE of NiTi SMA tube provides a new approach to manufacturing ultrafine-grained NiTi SMA tube.     

Die structure optimization of equal channel angular extrusion for AZ31 magnesium alloy based on finite element method

Three-dimensional(3D)geometric models with different corner angles(90°and 120°)and with or without inner round fillets in the bottom die were designed.Some important process parameters were regarded as the calculation conditions used in DEFORMT M-3D software,such as stress—strain data of compression test for AZ31 magnesium,temperatures of die and billet,and friction coefficient.Influence of friction coefficient on deformation process was discussed.The results show that reasonable lubrication condition is im...     

圆形工件等通道转角挤压应变分布和塑性变形区的三维有限元分析

利用三维有限元方法模拟了圆形工件的等通道转角挤压过程,分析了工件上应变分布情况,其与理论值和二维模拟的结果符合较好.通过对稳定变形阶段塑性变形区的分析,探讨了应变分布不均匀的原因,所得结果有利于理解工件变形过程和优化工艺设计.     

模具外角对等通道转角挤压纯铝变形过程的影响

模具外角对等通道转角挤压(ECAE)变形过程影响较大,文章利用有限元软件(MSC.Marc)模拟研究了模具外角对ECAE过程中等效应变、变形机理的影响。模拟结果表明,模具外角Ψ>0°～30°的范围内,等效应变的分布较为均匀;当模具外角Ψ>30°时,等效应变的分布越来越不均匀;当模具外角Ψ=0°～90°范围内逐渐增大时,试样的变形机理由单一剪切变形逐渐变为剪切变形与弯曲变形相结合的复合变形行为。为了验证模拟结果,对大尺寸纯铝进行了等通道转角挤压实验(模具内角Ф=90°,模具外角Ψ=30°),纯铝实验应变值的分布与大小和模拟应变值的分布与大小近似吻合。由光学显微组织可知,经ECAE挤压一次后,变形试样组织较为均匀,晶粒得到一定程度细化。     

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。     

纯钼粉末多孔烧结材料ECAP的数值模拟及实验

采用DEFORM-3D软件对纯钼粉末多孔烧结材料等径角挤压过程进行单道次三维有限元模拟和实验研究,获得变形过程中试样的应力、应变、致密行为等相关场量变化规律.模拟结果表明:等径角挤压工艺对粉末材料具有强烈的致密效果,整个变形过程可分为3个阶段,即初始变形、过渡变形及稳定变形;试样纵横截面上,等效应变均存在不均匀分布现象,靠近模具内角和上表面处试样所获应变较大,相对密度也较高.试样不同部位所处应力状态及应变速率分布状态的不一致是导致其应变分布不均匀的根本原因.单道次挤压实验结果与模拟结果具有较好的一致性,证明了所建立有限元模型的可靠性.