等径弯曲通道变形(ECAP)的研究现状及发展趋势

等径弯曲通道变形 (equalchannelangularprocessing,ECAP)是使材料经受强烈塑性变形的一种加工方法 .本文介绍ECAP的国内外发展概况 ,对其方法和影响因素等做了概述 。

等径弯曲通道制备的超细晶铜的疲劳性能

研究了等径弯曲通道(ECAP)变形后的超细晶T3铜在恒应力幅控制条件下的疲劳寿命和循环形变行为．通过扫描电镜观察了疲劳试样表面的滑移带,并利用电子背散射技术观察了疲劳前、后晶粒尺寸的变化．结果表明,超细晶T3铜具有较高的疲劳极限(σ-1=153 MPa),是粗晶铜疲劳极限的2倍．在低周疲劳域内表现出疲劳软化,而在高周疲劳域内表现比较稳定的疲劳行为,甚至出现疲劳硬化．类似驻留滑移带(PSB)的剪切带与最后一次挤压的剪切面一致,剪切带的形成和晶界滑移是疲劳裂纹形核和疲劳断裂的主要原因．

等径弯曲通道变形制备超细晶低碳钢的热稳定性

用等径弯曲通道变形 (equal channelangularpressing简称ECAP)法制备出超细晶低碳钢材料 ,并在不同退火条件下研究其组织的热稳定性。研究表明 ,在 2 0 0～ 5 0 0℃之间退火时 ,材料组织处于回复阶段 ,其铁素体晶粒几乎没有长大 ,晶粒尺寸约 0 4 μm ;在 5 5 0℃退火时 ,铁素体组织由较大的再结晶晶粒和细小的未再结晶晶粒组成 ;在 5 5 0℃相同条件下退火时 ,变形试样中的渗碳体与热轧态试样中的渗碳体相比 ,前者球化能力明显增强 ;6 0 0℃退火时再结晶完成。

低碳钢等径弯曲通道变形数值模拟及组织分析

对低碳钢等径弯曲通道变形进行了数值模拟,并分析了它的显微组织.通过有限元数值模拟,获得了低碳钢成形等径弯曲通道变形载荷的变化规律和等效应变分布规律.载荷模拟结果表明,摩擦因子越大,变形载荷也越大,当摩擦因子为0.408时,其成形载荷约为无摩擦时的2 1倍,载荷数值模拟与实验结果基本相吻合.此外,结合所揭示的等效应变分布特点,对一道次等径弯曲通道变形后试样横截面上的微观组织分布进行了分析,表明下表面处的材料晶粒细化程度比上表面处的大,因此这种分布特点与等效应变分布是相互一致的.

珠光体组织的等径弯曲通道变形

具有全珠光体组织的65Mn钢在650℃以C方式等径弯曲通道变形(ECAP)后,珠光体组织中的渗碳体片层以周期性的弯曲变形、周期性的剪切变形、剪切断裂等形式协调ECAP的强烈塑性变形. 渗碳体表现出很强的塑性变形能力,在其内部导入了大量的晶体缺陷,为渗碳体的球化打下了能量基础.变形五道次后,片层状的珠光体组织演变成了超细的渗碳体颗粒均匀分布于铁索体基体的组织.铁索体基体为均匀的等轴晶,平均晶粒大小为-0.3μm.渗碳体的球化可能以两种机制进行:破碎渗碳体片的非均匀长大(Ostwald熟化)和细小球状渗碳体颗粒的形核长大.

工业纯铝等径弯曲通道变形过程的数值模拟

等径弯曲通道变形(Equal ChannelAngularPressing简称ECAP)由于能直接制备块状超细晶材料而备受关注。通过对工业纯铝的ECAP变形过程进行有限元数值模拟,获得了变形过程的载荷变化规律和等效应变分布规律,并用坐标网格法对模拟结果进行了实验验证。在摩擦条件下,试样中区下表面的等效应变最大,至上表面处等效应变为最小。而在无摩擦理想情况下,其等效应变分布恰好相反,这可能是由于试样在ECAP变形过程中所受应力场和应变场的不同引起的。

等径弯曲通道变形制备超细晶铝合金的组织性能

用等径弯曲通道变形(ECAP)的方法制备出超细晶铝合金材料,并研究了在不同道次条件下其显微组织的演化过程.研究表明,随着强烈塑性变形的增加,显微组织中开始形成大量晶粒尺寸小于1μm的位错胞组织,当其晶界取向差增大时,亚晶粒变为越来越细的板条状组织.当经过8道次ECAP变形后,晶粒尺寸由变形前的约50μm细化为约0.2μm.该超细晶铝合金材料在150℃的退火条件下,其晶粒尺寸稳定在0.2～0.3μm的范围内.在温度为500℃、应变速率为10-3s-1的拉伸实验中,该超细晶铝合金材料的最大延伸率高达370%,呈现出良好的超塑性.

等径弯曲通道变形力的研究

本文利用上界定理计算等径弯曲通道变形 (ECAP)的挤压力 ,为ECAP的模具设计。

Zn-5Al合金的等径弯曲通道变形

研究了等径弯曲通道变形过程中Zn5Al合金的组织变化及其显微硬度变化。在变形过程中晶粒首先被拉长,分裂成条带组织,条带组织与晶粒内部缠结的位错发生作用形成位错胞,胞内位错进一步变形后在胞壁集结变为二维晶界,进而形成小角度的亚晶界或者大角度的晶界,使组织细化。TEM结果表明,在150℃的温度下,经过7道次变形后,Zn5Al合金的微观组织得到细化,平均晶粒尺寸在1.0μm以下。同时,合金的维氏硬度从72.5增加到83.8。

用等径弯曲通道变形细化珠光体65Mn钢的组织

钢和铁基合金通过等径弯曲通道变形(ECAP)可获得超细晶组织,从而改善材料的性能。成功实现了C方式650℃时珠光体65Mn钢的等径弯曲通道变形,累积等效真应变约为5。片层状珠光体组织演变成超细的渗碳体颗粒均匀分布于铁素体基体的组织,而且铁素体基体为均匀等轴晶粒,平均晶粒尺寸约为0.3μm。

等径弯曲通道变形对T250马氏体时效钢的组织和性能的影响

采用等径弯曲通道变形(ECAP)工艺在室温下对固溶态的T250马氏体时效钢以C方式进行了2道次的变形,通过金相显微镜﹑透射电镜及力学性能的测试,研究了多道次ECAP变形对T250马氏体时效钢组织和性能的影响。结果表明,ECAP变形能获得较好的晶粒细化效果,经过2道次的ECAP变形后,马氏体板条变为更窄的带,板条宽度由原始的0.8μm减小到0.2μm,板条内位错密度增加,畸变严重。经2道次室温ECAP挤压变形后,马氏体时效钢的显微硬度从336.3 HV提高到419.8 HV,硬度提高24.7%,并且1道次挤压后硬度的增幅明显大于2道次。

等径弯曲通道变形制备超细晶铜的热稳定性

室温下采用等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)C方式进行了纯铜(99.95%)12道次挤压变形。通过等温和等时退火,研究ECAP变形后铜的退火行为,并研究了等径弯曲通道变形和退火后纯铜的显微硬度和显微结构变化。分析了ECAP应变量、退火时间和退火温度对超细晶铜的再结晶行为、抗软化性能的影响。结果表明:ECAP变形后的超细晶铜在退火过程中,表现出不连续再结晶现象;ECAP降低了铜的热稳定性,变形道次越高再结晶温度越低。退火后稳态晶粒尺寸随变形道次的增加而细化,硬度值随变形道次的增加而增大,回归分析表明,晶粒尺寸与硬度之间的关系符合Hall-Petch公式。

等径弯曲通道变形制备高性能Cu-Cr合金的组织性能

用两种方式等径弯曲通道变形(equal-channel angular pressing,简称ECAP)制备了的具有等轴晶组织的超细晶Cu-0.4Cr合金,晶粒尺寸为500nm。研究了不同挤压方式、不同挤压道次合金的组织和性能的变化。探讨了不同退火温度对5～8道次材料导电率和硬度的影响。结果表明,经ECAP挤压后的Cu-0.4Cr合金具有很好的综合性能,拉伸强度可达565MPa;硬度和导电率分别为225 HV和66.4%IACS;723K退火1h后材料的导电率和硬度可达80.3%IACS和210.9HV;软化温度可达723K。

等径弯曲通道变形对超低碳钢组织及性能的影响

研究了室温下C方式等径弯曲通道变形(ECAP)对超低碳钢组织及性能的影响。结果表明:第1道次ECAP变形后,组织细化效果最显著;随变形道次的增加,组织由取向差小的板条状亚晶演变成取向差大的等轴晶;第4道次ECAP变形后,晶粒平均尺寸约0.3μm;变形道次继续增加,晶粒尺寸变化不显著,而晶粒取向差不断增大。这表明第4道次ECAP变形为超低碳钢细化极限;ECAP变形可大幅度提高超低碳钢的强度,并保持较高的塑性。

真实切应变及其在等径弯曲通道变形中的应用

该文研究平面简单切变过程中切应变的计算。从无穷小变形条件下应变的定义出发 ,提出了大变形时真实切应变的概念。对切应变主轴不变的平面简单切变过程 ,通过无穷小应变的积分 ,导出了真实切应变计算公式。将该公式应用于等径弯曲通道变形中真应变的计算 ,与直接分析试件的几何变形得出的计算公式完全相同 ,而且与实验测定的真实等效应变吻合很好。

GCr15钢等径弯曲通道变形后的组织特性

在650℃采用等径弯曲通道变形(ECAP)方法对原始组织为层片状珠光体的GCr15钢进行了Bc方式的多道次变形。采用透射电镜和洛氏硬度等实验方法,对不同道次下的组织特性和硬度进行了分析。结果表明:冷变形和温变形都能使渗碳体片层发生球化,但一道次温变形情况下渗碳体球化程度明显高于冷变形一道次,硬度值由原始态(层片状珠光体)的42 HRC分别降至38 HRC(冷变形)、27 HRC(温变形),温变形二道次后,铁素体基体接近等轴状,平均晶粒尺寸约为0.4μm,球化完全的渗碳体颗粒粒径约为0.1μm,硬度值由27 HRC(温变形一道次)增至32 HRC左右。

等径弯曲通道变形镁合金的搅拌摩擦焊接

研究了等径弯曲通道变形AZ31镁合金的搅拌摩擦焊工艺,对焊缝的成形特点和力学性能进行了分析。试验结果表明,对厚为15mm的等径弯曲通道变形AZ31镁合金板,工艺参数对焊缝成型有很大的影响,成型性能对焊接速度的敏感程度较铝合金板要大,当焊接速度为37.5mm/min和搅拌头旋转速度为750 r/min时,可以获得较好的焊接质量。

旋锻对等径弯曲通道变形纯钛的显微组织及力学性能的影响

在室温下经4道次等径弯曲通道变形(ECAP)及旋锻复合变形制备超细晶纯钛。利用透射电子显微镜、拉伸试验测试和显微硬度测试等方法对比研究了旋锻对ECAP变形纯钛的显微组织和力学性能的影响。结果表明:ECAP变形后形成宽度约为400 nm的板条组织,板条边界位错密度明显较高,硬度值急剧增加;旋锻使ECAP剪切变形形成的板条组织消失,晶粒显著细化、晶界逐渐清晰,获得平均晶粒尺寸约为200 nm的等轴状超细晶组织,旋锻变形后的组织更均匀,位错密度较低,硬度值略有下降;旋锻变形使ECAP变形纯钛屈服强度和抗拉强度明显增大,增幅分别为26.3%和17%,塑性降低,伸长率约为12.3%。

二次变形对等径弯曲通道变形的工业纯钛性能的影响

通过大塑性变形可以得到超细晶，从而获得有特殊性能的材料。对于工业纯钛以及一些难变形材料，等径弯曲通道变形（ECAP）是获得超细晶的一种最有潜力的方法，但由于ECAP模具的限制，获得的坯料形状和尺寸与所要求的半成品还有一定距离。因此，还需要对ECAP坯料进行一些额外变形，如轧制、挤压或锻造，以达到最终形状要求。

工业纯钛等径弯曲通道变形过程中的孪生行为研究进展

室温下具有密排六方(hcp)晶体结构的钛,由于在晶体学上具有较低的对称性,只有4个独立滑移系,塑性变形能力差。工业纯钛的塑性变形机制主要为滑移和孪生,且孪生变形在塑性变形过程中起着重要的作用,显著地影响工业纯钛的显微组织及力学性能。等径弯曲通道变形(equal channel angular pressing, ECAP)是最具有工业应用前景的剧烈塑性变形技术之一,成功制备性能优异的超细晶(UFG)工业纯钛。本文综述了工业纯钛ECAP变形过程中的孪生行为及机制研究进展。重点从ECAP变形工艺:挤压温度、挤压道次、挤压速度、模具参数以及晶粒尺寸等方面详细论述了工业纯钛ECAP变形过程中的孪生行为,分析了工业纯钛ECAP变形过程中不同阶段的孪生机制,并指出工业纯钛ECAP变形过程中的孪生行为及机制研究中存在的问题及今后的研究方向。