纯钨闭塞式双通道等径角挤压数值模拟及实验研究

采用数值模拟的方法分析单道次纯钨闭塞式双通道等径角挤压工艺的变形特点,并对比等径角挤压工艺和双通道等径角挤压工艺经过Bc路径4道次变形后的应变积累和分布特点。同时,为验证有限元模拟的准确性,开展了物理实验。结果表明,闭塞式双通道等径角挤压变形过程可分为初始阶段、镦粗成形阶段、剪切变形阶段和最终成形阶段。3种工艺经4道次变形后均发生较大的应变积累,但是由于闭式模膛对试样头部的镦粗作用,闭塞式双通道等径角挤压经过4道次变形后等效应变量最大,且等效应变分布最均匀。通过对模具应力的分析,闭塞式双通道等径角挤压和双通道等径角挤压工艺可以有效解决等径角挤压工艺冲头偏载问题,且试样经闭塞式双通道等径角挤压变形后具有较大的静水压力,提高了纯钨塑性,有利于进行多道次变形。闭塞式双通道等径角挤压工艺变形后的试样可分为4个区域:剪切变形区、伸长变形区、头部小变形区和尾部未变形区。

低活化钢闭塞式双通道等径角挤压变形行为及机理研究

为探究闭塞式双通道等径角挤压变形过程中不同区域金属变形行为对应变分布及组织的影响规律,以低活化钢为材料,对闭塞式双通道等径角挤压变形过程进行了有限元模拟分析,获得了Bc路径下3个道次变形后不同区域的等效应变分布云图,对特征区域进行逆向点追踪,分析了特征区域的变形历史和变形方式对等效应变积累的作用规律,最后进行物理试验观察金相组织进行验证。结果表明:大变形区内分别受到挤压和剪切作用;小变形区内每道次平均等效应变仅为0.37;各区域不同的受力状态与变形方式是导致多道次变形后累积等效应变存在差异的主要原因。经3道次变形后,剪切变形区的最大平均等效应变为4.75,该区域第1道次变形时经历了剪切和伸长变形区,第2道次变形后为剪切变形区、剪切变形和挤压变形交叉区域,主要受到强烈的挤压变形。分别对3个道次变形后不同特征区域组织进行观察,第1和第2道次变形后不同特征位置均显示出了典型的变形特点,经过3道次变形后,应变的积累使得晶粒得到有效细化,方向性基本消失并且分布更加均匀,呈现近等轴状态。

挤压速度对双通道等径角挤压7003铝合金组织的影响

采用双通道等径角法制备了均匀稳定的超细晶7003铝合金,利用3D-deform软件分析不同挤压速度下,挤压过程中金属流动速度、应力应变的变化,以及在光学显微镜下观察晶粒的细化情况。结果表明,一道次挤压时,随挤压速度的增加,金属流动速度先增加后减少,挤压速度为35 mm/min时最大;不同挤压速度下,应力分布大致相同,试样与模具拐角处应力分布梯度较大,容易产生裂纹,且晶粒均得到细化,Z面最小晶粒尺寸为20μm,挤压速度为35 mm/min时,细化效果最好。二道次挤压时,随挤压速度增大,应变分布越来越不均匀。

模具参数对旋转通道等径角平行挤压工艺的影响

为克服传统等径角挤压反复多道次累积塑性变形带来多次装料、多次加载以及棒料机械加工等耗时问题,无损伤地制备均匀超细晶结构时效硬化型铝合金,提出旋转通道等径角平行挤压大塑性变形新工艺。该工艺在一个通道内设置多个剪切变形区,通过在两个等径角挤压通道之间设置旋转通道来改变圆棒料剪切方向和剪切角度,实现Bc加工路径,提高变形均匀性。采用正交试验法选取内角Φ、外角Ψ、升角γ、椭圆因子m、第2个通道中第1段直通道长度L_1作为因素,采用有限元模拟法对棒料在16组不同水平的模具中进行有限元挤压模拟。以等效应变、等效应力、损伤量以及变形均匀性系数作为指标值分析其对挤压过程的影响。模拟实验结果表明,良好的挤压通道内角Φ的合理范围为90°~120°,外角Ψ的合理范围为30°~40°,升角γ的合理范围为60°~80°,m的合理范围为1.2~1.4,L_1、L_3的合理范围为(1~1.5)d。

旋转通道等径角平行挤压模具应力分析

为制备超细晶结构时效硬化型铝合金提出了旋转通道等径角平行挤压工艺,针对该工艺建立模具模型,采用Deform-3D软件对旋转通道等径角平行挤压模具进行了应力分析。利用容差值插值计算法,获得容差值与挤压模具力的关系,得出旋转通道模具的应力分布规律及容差值对模具应力的影响规律。结果表明：过小的容差值,会导致成形力与模具力相差较大;过大的容差值,并不一定能提高计算精度,但会增大计算量;准确的容差值是成形力映射到模具获得模具应力的关键,该工艺中模具应力分析容差值应为1。模具外壁50 MPa为安全载荷,应力集中区域在旋转通道与直通道过渡处。此安全载荷下通过线性外推法获得模具厚度为40 mm。

Mechanical responses, texture and microstructural evolution of high purity aluminum deformed by equal channel angular pressing

Ultrafine-grained(UFG) high purity aluminum exhibits a variety of attractive mechanical properties and special deformation behavior. Equal channel angular pressing(ECAP) process can be used to easily and effectively refine metals. The microstructure and microtexture evolutions and grain boundary characteristics of the high purity aluminum(99.998%) processed by ECAP at room temperature are investigated by means of TEM and EBSD. The results indicate that the shear deformation resistance increases with repeated EACP passes, and equiaxed grains with an average size of 0.9 μm in diameter are formed after five passes. Although the orientations distribution of grains tends to evolve toward random orientations, and microtextures(80°, 35°, 0°),(40°, 75°, 45°) and(0°, 85°, 45°) peak in the sample after five passes. The grain boundaries in UFG aluminum are high-angle geometrically necessary boundaries. It is suggested that the continuous dynamic recrystallization is responsible for the formation of ultrafine grains in high purity aluminum. Microstructure evolution in the high purity aluminum during ECAP is proposed.

Reheating and thixoforging of ZK60+RE alloy deformed by ECAE

The two-pass equal channel angular extrusion (ECAE) process was introduced into strain-induced melt activation (SIMA) to predeform a ZK60 alloy with rare earth (RE) addition. Microstructure evolution of ECAE-formed ZK60+RE alloy during reheating was investigated. Furthermore, tensile properties of thixoforged components were determined. The results show that the SIMA process can produce ideal microstructures, and spheroidized solid particles with little entrapped liquid can be obtained. With prolonging holding time, the size of solid particles increases and the degree of spheroidization is improved. The tensile properties of the thixoforged ZK60+RE samples are close to those of two-pass ECAE-formed samples.

常温下超细晶纯钛的制备及其力学性能

在等径通道角挤压法(ECAP)的基础上,通过对挤压试样的设计,提出一种铜包裹着钛棒的ECAP法,最终成功地制备了1、2、4道次超细晶钛,采用这种方法可以在很小的挤压力下实现UFG-Ti的制备。不但有效抑制了钛棒的碎裂,还避免了挤压杆失稳。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察了各道次UFG-Ti的微观组织,并利用显微硬度计研究了其硬度变化。利用万能试验机和SHPB系统在不同应变率下进行了压缩试验。结果表明,常温下ECAP处理后纯钛的晶粒明显细化,力学性能显著提高,在准静态和动态压缩载荷作用下其流动应力(10%应变处)分别提升了71%和86%。最后研究了UFG-Ti的应变率敏感性,发现UFG-Ti的流动应力对应变率具有较低的依赖性。