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。     

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。     

ECAPT 工艺对 SiCp/ Al 基复合材料组织和性能的影响

探究了用等径角挤扭(ECAPT)法制备的SiC_p/Al基复合材料组织演化过程和力学性能。比较了2种体积分数的SiC_p(8.75%和35%)复合材料在ECAPT中组织演化规律,测试了其硬度值及致密度。结果表明,ECAPT形变量大,细化晶粒能力强,SiC_p分布均匀性好,其致密效果SiC_p体积分数大的(35%)比小的(8.75%)差;并且体积分数为35%的SiCp复合材料存在"拱桥效应",但颗粒细化效果优于体积分数为8.75%的SiC_p。     

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。     

等径角挤扭对SiC_p/Al复合材料微观结构及力学性能的影响

以SiC_p/Al复合粉末为研究对象,开展不同变形程度的等径角挤扭(ECAPT)变形实验,研究等径角挤扭对SiC_p/Al复合材料微观结构及力学性能的影响。利用OM、XRD、TEM和XPS以及排水测密度法、力学性能测试等手段分析不同试样的微观组织和力学性能的演变规律以及界面反应情况。结果表明:随变形道次增加,Si C团聚现象得到改善,微晶尺寸逐渐减小,位错密度逐渐增大;材料界面处发生保护反应生成Al_2O_3,且反应程度随变形道次增加而加剧,未发生有害的界面反应,无Al_4C_3脆性相生成。4道次变形后材料的显微硬度和屈服强度相比1道次分别提高10%和16%。     

工艺路径对纯铝粉末材料多道次等径角挤扭变形的影响

结合实际变形过程,采用DEFORM-3D对不同变形工艺路径下纯铝粉末材料等径角挤扭(ECAPT)多道次变形过程进行了三维数值模拟。有限元模拟结果表明:A和C工艺路径可在较小的挤压载荷下实现有效的应变累积和均匀的变形分布,是两种较为理想的变形路径;BA和BC两种工艺路径虽然能够使变形材料累积的等效应变量大大增加,但却会造成试样变形分布的严重不均匀。电子背散射衍射(EBSD)实验结果表明,A路径下纯铝粉末材料经4道次等径角挤扭变形后,可获得组织均匀、性能优良的块体超细晶铝,材料平均晶粒尺寸约为0.8μm,抗压强度高达123.3MPa,验证了前述模拟结果的可靠性。