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。

等径角挤扭变形过程中纯铝粉末材料的显微组织与力学性能

采用EBSD和TEM研究了200℃下,纯铝粉末材料经不同道次ECAPT变形后的微观组织,并进行了显微硬度和相对密度测试。结果表明,1道次ECAPT变形后,材料显著细化但变形不均匀,晶粒基本沿剪切方向呈条带状分布,平均晶粒尺寸约为5.20μm,但多为小角度晶界结构。随着变形道次的增加,亚晶在不断被细化的同时晶粒间的取向差不断增大,形状更加趋于等轴,该过程可认为发生了连续动态再结晶。4道次变形后,材料内部形成了均匀、细小且呈大角度晶界分布的等轴再结晶组织,最小晶粒尺寸可达0.5μm。ECAPT变形过程中,晶粒细化机制为机械剪切、应变累积和动态再结晶三者的综合作用,粉末材料力学性能的提高与组织致密、细晶强化和位错强化等因素有关。

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。

超细晶材料制备新工艺——挤扭

近年对块体超细晶材料的研究已成为材料科学领域一大热点。挤扭工艺作为一种新兴的大塑性变形细晶材料制备技术,在细化材料显微组织、改善材料力学性能、提高材料成形性等方面发挥了重要作用,具有广阔的工业应用前景。文章重点介绍了挤扭工艺的基本原理及其变形特点,综述了国内外挤扭工艺的研究现状和研究进展,指出了该工艺目前存在的问题,并对其应用前景进行了展望,具有较好的实用参考价值。

纯铝粉末材料单道次等径角挤扭变形的微观组织

对纯铝粉末材料进行200℃单道次等径角挤扭(ECAPT)变形实验研究。采用光学显微镜(OM)、电子背散射技术(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)观察和分析变形组织微观结构的变化规律,获得有关晶粒形貌、晶粒尺寸以及晶粒取向分布的信息。结果表明:ECAPT工艺对粉末材料具有强烈的致密和细化效果,1道次ECAPT变形后组织接近完全致密,晶粒细化效果明显,平均晶粒尺寸约为5.2μm;晶粒尺寸分布不均匀,亚晶界和小角度晶界所占比例较高;变形组织内部形成了明显的择优取向,沿剪切方向均匀对称分布,以剪切织构类型为主;200℃条件下,纯铝粉末材料单道次ECAPT变形过程中,晶粒的显著细化主要得益于材料组织所承受的剧烈剪切变形和内部所累积的大量有效应变。

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。

采用等径角挤扭工艺制备块体超细晶铝

采用数值模拟和实验分析方法，对200℃条件下纯铝粉末材料1~4道次A路径等径角挤扭（ECAPT）变形致密行为、晶粒细化机制以及组织和性能演变规律进行研究，制备出组织和性能优良的块体超细晶铝。结果表明：随变形道次的增加，材料内部所累积的应变量不断增大，出现了加工硬化现象，挤压载荷峰值不断上升。ECAPT工艺有效提高了变形材料内部的静水压力，使坯料整体致密程度和变形均匀性得到明显改善。纯铝组织发生了连续动态再结晶，晶粒在不断被细化的同时，其取向差进一步增大，最终在材料内部形成了细小、均匀且被大角度晶界包围的等轴再结晶组织。4道次ECAPT变形后，组织平均晶粒尺寸约为600 nm，抗拉强度达到123.3 MPa。

多目标质量的粉末包套等通道挤扭成形致密工艺参数优化

剧烈塑性变形法—挤扭以剪切塑变为主变形方式,成形工艺复杂,影响因素很多,难以精确地建立工艺参数与成形质量之间的关系;选取优化合理的工艺参数匹配是材料尤其是粉末材料成形无破裂、塑性好、致密化程度高等成形质量的关键。以等通道横截面扭转角、螺旋角、摩擦因子、挤压速度、初始相对密度为自变量,正交试验为设计方案,对纯铝粉末烧结材料进行一道次包套等通道扭挤数值模拟,获得以等效塑性应变、静水压力、最大损伤值、相对密度数据,通过层次分析法计算多质量目标的权重,运用追踪点法和灰色系统理论的灰色关联度优化工艺参数,使设计目标值达到等效应变最大、静水压力最大、最大损伤值最小、相对密度最大。模拟和试验结果表明,运用多目标优化组合参数进行等通道挤扭成形能使纯铝粉末体材料迅速地形变累积,静水压力提高,损伤值显著地减小,致密效率高,晶粒明显细化,提高了材料综合质量。

纯铜挤扭工艺数值模拟与实验研究

运用有限元模拟软件Msc.Marc对纯铜挤扭工艺变形特征进行研究,分析挤扭变形过程中应变分布以及应变分量的变化趋势。采用自行设计的挤扭模具,在室温下进行了纯铜的一道次挤扭试验。结果表明:变形可分为变形开始、完全充满、逐步挤出3个阶段;应变呈中心低、边缘高的分布;变形过程中正应变分量小,切应变分量较大,变形以剪切变形为主。挤扭过程中存在滑移和孪生两种变形方式;挤扭后试样的硬度得到显著提高,在横截面呈现边缘高、中心低的分布趋势。

含有残余试样的等径角挤扭变形工艺研究

结合实际变形过程,采用DEFROM-3D软件对含有残余试样的等径角挤扭变形过程进行了单道次数值模拟。通过分析对比模拟结果可知,残余试样的存在增大了下一根试样的初始挤压力和载荷峰值,提高了变形试样内部的静水压力和累积应变,显著改善了试样整体变形均匀性及在模具内的填充情况。同时,坐标网格法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。

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。

等通道转角挤扭工艺对SiC_p-Al复合材料SiC颗粒分布的影响(英文)

采用等通道转角挤扭工艺(ECAPT)将体积浓度为35%的SiC颗粒与65%的纯铝混合粉末直接制备SiCp-Al复合材料。基于金相组织观察和样方法分析,研究在同一试样不同的位置和不同的变形阶段的SiC颗粒分布,并与多道次等通道转角挤压工艺(ECAP)下SiC颗粒的分布进行比较。实验结果表明:剪应变对SiC颗粒的分布有重要的影响。在ECAPT过程中,SiC颗粒分布的均匀性从压实阶段到转角阶段得到很大的改善;单道次ECAPT工艺对SiC颗粒分布均匀性的改善效果相当于两道次ECAP,可以获得相对均匀的颗粒分布。

粉末材料等径角挤扭成形显微组织与性能

以纯铝粉末和8.75vol%-SiC、35vol%-SiCp/Al基复合粉末材料为研究对象,分别在150℃和250℃温度下,采用粉末包套-等径角挤扭工艺,成功将粉末颗粒直接固结成高致密度的块体细晶材料。结果表明,变形后铝粉材料、8.75vol%和35vol%SiCp/Al基复合材料致密度分别为0.95、0.99和0.94;显微硬度分别为43HV、69HV和57HV,分别约为工业纯铝的1.3倍、1.7倍和2.0倍;复合材料成分分布及显微硬度均匀性在等径角挤扭强烈的剪切细化作用下得到显著改善;屈服强度分别为43.9MPa、120.1MPa和87.6MPa,抗压强度分别为54.8MPa、155.3MPa和122.7MPa,相比于致密体铝性能均有很大的提高;材料断口均以大小不一的基体铝片状断裂为主要特征。

等径角挤扭法制备SiC_p/Al复合材料的界面特性

以Al和SiC的混合粉末为原料,采用等径角挤扭工艺制备出含Si C颗粒(体积分数8.75%)的SiCp/Al复合材料,并对其界面情况进行研究。采用X射线光电子能谱(XPS)对制备出的复合材料界面结合处的Si和Al元素的价态进行测定,利用扫描电镜(SEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)观察结合界面。结果表明,SiC的氧化层与Al之间形成了冶金结合界面过渡层,材料界面处的显微硬度从1.73 GPa过渡到0.64 GPa,冶金结合界面使材料表现出优良的耐蚀性,材料的压缩断口界面层为塑性断裂。

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。

挤扭模通道倒圆角半径对铜合金塑性变形的影响

基于Deform-3D体积成形软件,对CDA110铜合金挤扭成形进行数值模拟,研究挤扭模通道横截面的不同倒圆角半径R值对坯料等效应变、挤扭力及模具应力的影响规律及变形均匀性;采用自行设计的倒圆角半径R=1.5 mm的模具,对该合金进行室温挤扭实验并与模拟结果进行对比分析。结果表明:R越小,挤扭力越大,模具应力分布越不均匀,挤扭剪切塑变能力越强;R越大,挤扭剪切塑变能力越差,但变形均匀性越好;优选倒圆角半径R值为1.0~1.5 mm时(挤扭模通道横截面尺寸10 mm×10 mm),可保证坯料挤扭强剪切塑性变形量,且挤扭力和模具应力显著降低。实验结果证实,合适的倒圆角半径R能确保材料整体细晶化,且不同区域材料硬度分布差距减小,变形均匀性增强。

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%。

65Mn钢制大塑性变形挤扭凸模的热处理工艺改进

从实用、经济的角度考虑,选择65Mn钢制挤扭(TE)凸模。经过常规油淬热处理的凸模容易出现杆身弯曲、脆断、端部磨损等失效,而采用改进的等温淬火及更低温度回火的热处理工艺,既提高了凸模硬度和抗弯强度,又增加了韧性,综合力学性能明显提升,失效状况大为改善,能完成纯铝、铜、铅等常规软金属材料的多道次挤扭成形,使用效果良好。

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。