差热-等通道转角挤压工艺对TZK镁合金微观组织与腐蚀性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电化学、X光电子能谱分析等测试技术探究了差热-等通道转角挤压工艺(DT-ECAP)对Mg-5Sn-2Zn-0.5Zr(TZK)镁合金微观组织和腐蚀性能的影响。结果表明,当模具温度为300℃、试样保持室温时(DT-1),TZK镁合金晶粒和第二相显著细化,且第二相呈弥散分布。此外,在DT-1变形条件下,TZK镁合金在Hank′s溶液中呈现均匀腐蚀,腐蚀速率为1.161 mm·a^(-1),腐蚀电位与腐蚀电流密度分别为-1.38 V和5.916×10^(-6)mA·cm^(-2),合金耐蚀性能最优。而当模具温度为300℃、试样温度为200℃(DT-2)以及模具保持室温、试样温度为300℃(DT-3)时,合金中的第二相沿变形方向呈带状分布,且局部区域存在粗大的块状第二相,其在Hank′s溶液中的腐蚀以局部腐蚀为主。

上偏心距对等通道球形转角挤压影响的有限元分析

等通道球形转角挤压(Equal Channel Angular Extrusion With Spherical Cavity,ECAE-SC)是集耦合剪切应变和正应变于一体的新型复合大塑性变形工艺,具有复合、连续、高效变形等优点。偏心距作为该工艺模具结构的重要参数之一,对金属的成形过程和变形行为有着重要影响。本文以塑性性能较好的工业纯铝作为研究对象,利用DEFORM-3D有限元软件对不同上偏心距条件下的ECAE-SC单道次室温变形行为进行有限元模拟,分析了挤压载荷、金属流动、等效应变、平均应力等场量的分布及变化规律。结果表明,上偏心距对挤压载荷变化趋势的影响不大,稳定变形阶段下坯料的最大挤压载荷约为3.15 kN。随着上偏心距的增加,金属的流动性得到显著提高,填充效果更好。当上偏心距增大时,坯料可获得较大的应变累积和良好的变形均匀性。同时,坯料保持高静水压力状态的时间更长,这对于提高材料塑性变形能力,获得理想的晶粒细化效果十分有利。本文模拟条件下,当上偏心距为2.5mm时,坯料整体成形效果最好。

7xxx铝合金等通道转角挤压研究进展

7xxx(Al-Zn-Mg-Cu)铝合金具有高比强度和耐腐蚀性,在航空航天和汽车工业中具有重要应用。等通道转角挤压(ECAP)技术因在不改变材料横截面尺寸的同时可通过反复变形产生超细晶组织,成为制备高强度铝合金典型工艺之一。综述了ECAP制备超细晶7xxx铝合金的相关研究进展,探讨了ECAP加工参数如挤压温度、次数、路径等对铝合金晶粒细化行为的影响;重点讨论了ECAP过程中铝合金微观组织结构变化及其对力学性能、耐腐蚀性能和耐磨性能的影响;并结合ECAP与其他强化工艺复合对微观组织和力学性能的影响,展望了超细晶高强度铝合金的研究方向。

工艺参数对7075铝合金室温等通道转角拉伸载荷的影响

为探讨拉伸载荷在等通道转角拉伸过程中的变化规律,以7075铝合金为研究对象,基于上限法推导圆柱试样等通道转角拉伸峰值载荷的解析式;利用载荷测量系统分析了7075铝合金拉伸载荷的分布特征,揭示了工艺参数对拉伸载荷变化和各阶段拉伸载荷峰值的影响。结果表明,等通道转角拉伸理论计算峰值载荷与实验峰值载荷的相对误差在10%以内,表明解析式具有较高的可信度;等通道转角拉伸载荷经历了弹性阶段(Ta)、屈服阶段(Tb)、稳定阶段(Tc)和卸荷阶段(Td),其中峰值载荷出现在弹性阶段的末尾;峰值载荷随着模具内角和外角的增大出现下降的趋势,但下降的幅度有所放缓;峰值载荷随着拉伸道次的增加而减小;拉伸路径对峰值载荷影响的顺序为路径C>路径B>路径A,并且第2道次的路径B在拉伸时会出现载荷失稳现象;高速拉伸对拉伸峰值载荷的影响不大,但在低速拉伸时拉伸载荷曲线会出现“爬行”抖动现象。

不同挤压速率的AZ31镁合金背压式等通道角挤压变形模拟

晶粒细化是改善镁合金材料强韧性的关键手段之一,而剧烈塑性变形工艺常作为细化晶粒的首选技术。等通道角挤压工艺(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)由于可极大地细化晶粒而被广泛应用,然而一般的ECAP工艺在细化晶粒到一定程度后便难以继续,亟需对其改进。针对此,设计一种新型背压式ECAP工艺,采用Deform 3D软件对该工艺进行模拟,研究了不同挤压速率对AZ31镁合金变形过程的影响。结果表明,在等通道角挤压过程中设置背压可促进等效应变,且对应变速度非常敏感。在低挤压速率下其局部金属流动、等效应力明显加剧,在达到一定程度后,背压对释放应力集中效果明显,局部应力及应变增大不明显。这主要与镁合金变形机制基面滑移及棱柱面非基面滑移有关。此种新工艺对于镁合金材料进一步晶粒细化和提高性能有重要作用。

等通道双转角挤压工业纯钛的剧烈塑性变形行为

针对难变形材料等通道转角挤压(ECAP)变形不均匀、表面易损伤开裂和模具内角磨损严重等问题,设计了一种新型等通道双转角挤压(ECDAP)工艺。采用Deform-3D软件对工业纯钛单道次ECDAP变形行为进行了三维有限元模拟,研究了坯料内部金属流动、挤压载荷、等效应变、平均应力、变形损伤以及模具应力的分布及变化规律,并将其与传统ECAP工艺进行对比。在此基础上,开展工业纯钛ECDAP工艺实验验证,对变形试样微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明,与传统ECAP相比,新型单道次ECDAP工艺实现了“一次挤压,两次剪切”的连续变形目的,可在保证坯料获得良好应变累积的前提下,降低工业纯钛挤压载荷,提高材料内部静水压力和变形均匀性,减小坯料变形损伤和模具内角磨损。单道次变形后,工业纯钛内部累积等效应变约为0.879,原始粗大晶粒受剧烈剪切发生明显细化,微观组织中存在大量的细小亚晶和一定数量的形变孪晶。同时,材料得到了显著强化,工业纯钛抗拉强度和显微硬度分别提升至433.7 MPa和174.1 HV,并表现出良好的塑韧性。

等通道转角挤压与后续冷镦成形过程中7050铝合金紧固件的微观组织演变规律

等通道转角挤压(ECAP)与冷镦(CU)新型复合成形工艺对获得超细晶高强紧固件具有重要意义。但是目前其复合成形过程中的微观组织演变规律及其与力学性能的关系尚不明确。本文通过透射电子显微技术、电子背散射衍射以及力学性能测试等方法,发现随着位错的不断积累,材料的强度与复合成形工序呈正相关。同时,在大量位错的作用下,变形后的晶粒尤其是在ECAP-CU复合成形后的晶粒内部产生了超细晶粒。经过复合成形后的超细晶紧固件头部存在较多的高密度位错墙、位错胞以及剪切带,并且在剪切带中形成了层状结构。在复合成形过程中剪切力和塑性应变累积的共同作用下,这些细晶和层状结构发生重新排列,使材料内部产生强的(011)<211>(黄铜)织构。该研究为高强铝合金紧固件的成形制造提供了理论参考,有助于复合成形加工工艺的选择和改进。

连续等通道转角挤压制备超细晶纯钛的微观组织与力学性能研究

采用连续等通道装角挤压方法对工业纯钛进行了多道次加工,获得了超细晶工业纯钛。通过透射电子显微镜、显微硬度测试、室温拉伸性能测试等手段对工业纯钛进行了微观组织观察和力学性能研究。结果表明,随着加工道次的增加,晶粒逐步得到细化,经4道次加工后,晶粒尺寸约为500 nm。工业纯钛在加工过程中的塑性变形由孪晶与位错滑移共同协调。4道次加工后,工业纯钛的硬度和强度均获得了明显提升,硬度提升到253 HV,抗拉强度提高到627 MPa,并且仍保持了29%的较高延伸率。8道次加工后,试样由于中间保温造成了晶粒尺寸增加,硬度与强度和4道次相比有所下降。

Cu-0.6Cr合金超低温等通道角挤压形变组织及性能调控

对CuCr合金进行液氮冷却ECAP-Bc路径4道次挤压及时效处理(400℃~500℃),采用OM、SEM、EDS、XRD及EBSD检测合金组织结构和取向演变,探索变形条件及时效处理对材料组织性能的影响规律,分析析出相形成与转变的微观机制。结果表明,超低温ECAP-Bc变形会加剧Cu-0.6Cr合金组织与织构的交互作用,减小变形后的极限晶粒尺寸,变形量的增加会促使微/纳析出相数量的增加且在晶界上不连续分布;4道次挤压和450℃时效后材料的抗拉强度、硬度和伸长率分别达到555.0 MPa、HV 167.3和13.1%,导电率超过84%IACS。微合金化、固溶、超低温ECAP,时效协同作用及{111}<112>和{111}<110>织构的形成有利于材料导电性能的同步提升。

等通道转角挤压工艺对5083铝合金超声空蚀行为的影响

对5083铝合金进行等通道转角挤压(ECAP)加工,利用超声空蚀设备对ECAP加工前后的5083铝合金试样进行超声空蚀实验,研究了ECAP加工对5083铝合金空蚀行为的影响.结果表明:经ECAP加工后,5083铝合金的平均晶粒尺寸明显减小,硬度也有一定的提升;抗空蚀系数由1.651 h/mm增至2.087 h/mm,提升了约26%,空蚀累计最大质量损失由64.2 mg下降至50.8 mg.结合最大空蚀坑深度和平均空蚀坑深度变化可知,ECAP使5083铝合金发生了加工硬化和强化,以及晶粒细化和第二相弥散分布,从而提升了材料的抗空蚀能力.

等通道转角道次对铝锶中间合金连续挤压的影响

针对铝锶合金的连续挤压,通过有限元模拟和试验,研究了不同道次转角的等通道模具对挤压变形的影响。模拟结果表明:随着等通道模具转角由一道次增加到三道次,应变的最大值由8.4增大至13.1,最高温度由518℃升高到582℃,挤压轮扭矩提高了80%。试验结果表明:采用二道次90°转角的等通道模具,Al4Sr相的尺寸受到应变和温度的共同作用,先稍有增大,后进一步减小;最终产品Al4Sr相的细化效果为a路线>b路线>c路线,出口截面Al4Sr相尺寸细化至7~10μm,较常规模具挤压细化程度明显提高。

等通道转角挤压在半固态加工中的应用研究进展

主要介绍等通道转角挤压技术在半固态加工中的应用现状,分析了等通道转角挤压的原理和技术特点,进一步讨论等通道转角挤压在半固态触变成形中的作用及对组织的影响,展望等通道转角挤压技术的应用前景和发展方向。

钛合金等通道转角挤压工艺的仿真分析

本文采用刚粘塑性有限元法对钛合金的等通道转角挤压过程进行仿真模拟,研究了挤压过程的流变变形分布、应变分布和应力分布的特点,给出了不同外弧过渡角时的详细分布结果。结果表明:经典的总应变量主要由沿转角对角线方向的切应变提供;计算公式仅在外弧过渡角较小时比较准确,外弧过渡角较大时,必须考虑应变的不均匀性和过程的复杂性;通过优化,作为难变形材料的钛合金的等通道转角挤压工艺是可以实现的。

等通道转角挤压后AZ31镁合金的微观结构与性能

为了进一步探讨细晶镁合金的制备方法与性能 ,采用模角φ =12 0°的模具、以BC路径对AZ31镁合金进行了等通道转角挤压试验研究 ,对挤压过程中各道次试样的微观结构及性能进行了分析测试 .结果表明 ,随着挤压道次的增加 ,晶粒得到不断细化 ,力学性能也发生显著的变化 ;当挤压 12道次时 ,总的等效应变量约为 8,晶粒得到显著细化 ,晶粒尺寸为 1～ 5μm ,但合金的抗拉强度变化不大 ,屈服强度则有所下降 ,约为 10 0MPa ,延伸率则提高到 4 5

不同路径等通道转角挤压镁合金的结构与力学性能

为了研究等通道转角挤压时不同工艺路径对镁合金微观结构及性能的影响 ,采用模角φ =12 0°的模具 ,以A ,BA,BC,C四种工艺路径对AZ31镁合金进行了等通道转角挤压 ,分析测试了室温下挤压试样的微观结构及性能 .结果表明 ,相比于A ,BA,C路径挤压 ,BC 路径挤压容易实现较多的挤压道次和变形量 ;多道次挤压后 ,镁合金的晶粒得到显著细化 ,力学性能也显著改善 ,但不同路径的影响不同 .当挤压 12道次时 ,BC,BA 路径挤压试样的屈服强度显著下降 ,延伸率大幅度提高 ;A ,C路径挤压试样的屈服强度变化较小 ,延伸率的提高幅度也小 .

等通道角挤压制备细晶ZK60镁合金的组织与力学性能

利用两种等通道角挤压(ECAP)方法(普通单步ECAP和两步ECAP)制备细晶ZK60合金。采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对合金的组织和织构进行观察,通过拉伸试验研究不同ECAP方法对合金力学性能的影响。结果表明:与单步ECAP变形相比,两步ECAP变形,由于降低了变形温度,晶粒细化效果更好;经过(240℃,4道次)+(180℃,4道次)两步ECAP变形后,合金晶粒细化至约0.8μm;合金的力学性能与材料的织构密切相关,由于存在织构软化效应,与挤压态相比,经单步ECAP变形后合金的强度有所降低,而伸长率明显提高;但经两步ECAP变形后,由于细晶强化和亚结构强化的作用,合金的强度得到提高。

等通道挤压对7075铝合金组织与力学性能的影响

通过对粉末冶金法制备的7075铝合金在150~400℃进行1~4道次等通道挤压（ECAP）,采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了挤压工艺对7075铝合金显微组织和力学性能的影响。研究表明：挤压后7075铝合金试样表面的光滑度随着挤压温度的升高显著提高。随着ECAP温度的升高,7075铝合金的抗拉强度先升高后降低,伸长率变化趋势相反,ECAP温度为250℃时,7075铝合金综合性能最佳。随着ECAP道次的增加,合金致密度、硬度及室温抗拉强度明显提高,伸长率先降低后提高;在2道次ECAP后,由于细晶强化与位错强化的双重作用,合金抗拉强度达到375 MPa。

双相合金Mg-8Li-1Al的等通道转角挤压 Ⅰ.挤压过程中的变形方式

以X射线衍射分析术为主要分析手段,探讨了双相合金Mg-8Li-1Al(质量分数, ％)在等通道转角挤压(ECAP)变形过程中的变形方式. α相在第1道次ECAP过程中主要的变形方式是{1011}〈1012〉孪生,在随后道次的ECAP过程中主要变形方式为位错滑移,变形方式的转变主要是由于ECAP造成的组织细化效应;对于β相,各道次ECAP的主要变形方式均为位错滑移.

等通道角挤压变形AZ31镁合金的变形行为

研究挤压态和等通道角挤压(ECAE)态AZ31镁合金的变形行为与微观组织的相关性。结果表明,ECAE态AZ31镁合金的室温拉伸屈服强度与晶粒尺寸之间表现出反Hall-Petch关系,且拉压不对称性明显减弱;在室温压缩时表现出应变速率敏感性,并随变形温度升高,应变速率敏感性因子变大。挤压态合金的晶粒度为20μm,具有典型的挤压丝织构,主要变形方式为基面位错滑移和孪生,导致了合金中明显的拉压不对称性。ECAE态合金平均晶粒尺寸约为2μm,织构相对随机化,导致合金压缩时孪生比率明显下降,其他变形模式比率增加,提高了变形抗力,降低了拉压不对称性。ECAE态AZ31镁合金压缩的激活能接近其晶界扩散激活能,晶界滑移在一定程度上导致了合金的反Hall-Petch关系的出现以及应变速率敏感性的增强。

等通道转角挤压下变形体长度对应力的影响及开裂判据分析

利用有限元软件ANSYS对2024铝合金等通道转角挤压((Equal-channel angular pressing,ECAP)过程进行计算模拟,得到等效正应力(VonMises应力)、切应力随变形体长度及下行位移的变化,结合ECAP试验,研究ECAP形变开裂的判据。结果表明,无论变形体长度及下行位移如何变化,等效正应力都小于材料的抗拉强度,而切应力则随着变形体长度的降低总体上呈下降趋势,当变形体的长度小于某一临界值时,计算模拟表明最大切应力小于材料的抗剪强度,样品开裂倾向大幅降低,二者相当吻合。研究结果不仅说明'最大切应力不大于材料抗剪强度'可以作为材料ECAP形变过程中不出现开裂现象的判据,而且也为材料的ECAP加工提供理性研究思路,即先实测材料的应力-应变曲线,然后基于上述判据对模具结构、材料预处理工艺及样品尺寸等进行优化设计。