纯铝扭挤新型大塑性变形数值模拟

扭挤(Twist Extrusion,TE)是大塑性变形工艺中研究较少的一种,利用有限元分析软件Deform-3D对纯铝1100在室温下的扭挤变形进行模拟分析,得出了材料在扭挤通道中的变形特点,应力应变及载荷的大小与分布,以及摩擦条件的影响。模拟结果显示:TE过程中,变形主要发生在棱角处,边缘处应力应变远远大于中心处;在制件进入和被挤出螺旋通道时载荷急剧增大,最后略有降低;摩擦的增大导致应变分布不均匀性加剧,且使载荷显著增加。

纯铝等径角挤扭新工艺数值模拟及实验研究

为了改进等径角挤压法(ECAE)的不足,结合扭挤(TE)工艺的特点,提出了等径角挤扭(ECAE-T)新工艺。采用有限元模拟软件DEFORM-3D对上述三种工艺的变形特征进行模拟研究,重点分析了ECAE-T工艺对制件应变应力大小和分布的影响。模拟结果显示:与ECAE和TE相比,ECAE-T工艺存在两个大塑性变形区,能累积更大的剪切塑性变形量。采用自行设计的模具,在室温下进行了纯铝ECAE和ECAE-T实验研究,实验结果表明:模拟过程与实验基本一致,与ECAE相比,ECAE-T工艺一道次后的组织更加狭长、细小。由模拟结果和实验结果可知,ECAE-T工艺是更加优异的大塑性变形法。

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。

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。

ECAPT过程中载荷变化规律的数值模拟

为了掌握纯铝在ECAPT过程中的力学变化规律,利用刚塑性有限元技术对纯铝1100的ECAPT变形行为进行数值模拟,重点分析了载荷在挤压过程中的变化规律及产生变化的原因。结果表明:ECAPT过程大致分为载荷骤升、2次小幅度升高和载荷下降4个阶段;载荷峰值随着摩擦因数的增大迅速增大,应采取有效的润滑措施减小摩擦从而降低载荷峰值,提高模具寿命;随着摩擦因数的增大,载荷在达到各阶段峰值后下降趋势越来越明显。

纯铝ECAP工艺研究

ECAP技术是一种基于大塑性变形技术的材料制备工艺．通过强烈塑性变形而获得亚微米甚至纳米级大尺寸块体材料．日益受到材料科学界的重视．被认为是制备超细晶材料最有应用前景的方法之一。本文利用有限元软件Deform-3D对ECAP变形过程进行数值模拟．分析试样宏观变形、微观组织性能的变化以及应变载荷的分布．同时进行ECAP挤压试验．对比分析ECAP变形过程．探寻ECAP试样变形机理。为ECAP应用于其他高性能材料和ECAP的进一步研究打下基础。