镁合金等通道转角挤压(ECAP)技术的研究和展望

综述了等通道转角挤压(ECAP)技术在镁合金上的研究进展,主要包括等通道转角挤压的技术原理、不同工艺参数的影响、显微组织特性和力学性能等方面,探讨了ECAP技术在镁合金上的研究热点,并指出了当前镁合金ECAP技术存在的主要问题及今后的发展方向。

LPSO相调控对ECAP挤压Mg-Y-Zn-Al合金组织和力学性能的影响

针对含18R-LPSO相铸态Mg-Y-Zn系合金塑韧性差、变形后力学性能提高有限的问题,研究了固溶、铸态+ECAP挤压和固溶+ECAP对Mg-3.74Y-1Zn-0.5Al(at%)合金力学性能的影响。结果表明,固溶处理诱发18R→14H-LPSO相转变、Al(Y,Zn)相化合物颗粒破碎细化,改善了合金的塑性,但强度几乎不变。铸态+ECAP挤压导致18R-LPSO和Al(Y,Zn)相破碎,并诱发大量α-Mg晶粒发生再结晶。固溶+ECAP挤压使14H-LPSO相弯曲或扭折变形、细小Al(Y,Zn)颗粒均匀分散,仅少数α-Mg晶粒发生再结晶,其强度、塑韧性远高于铸态+ECAP挤压合金的。良好强度、塑韧性匹配的14H-LPSO相的大量形成、α-Mg基体再结晶被抑制及细小Al(Y,Zn)颗粒的均匀分散是其性能提高的主要原因。

应用等通道转角挤压(ECAP)技术制备超细晶钛合金

等通道转角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)是一种强塑性变形技术,能有效细化材料的微观组织,提高材料性能,改善难变形材料的成形性。简述了ECAP技术制备超细晶钛合金的原理和技术现状,分析了不同工艺参数对钛合金ECAP变形过程和材料性能的影响以及晶粒细化的微观机制。

等通道转角挤压(ECAP)工艺的研究现状

等通道转角挤压(ECAP)是一种大塑形加工技术,可细化合金组织,改善性能,提高材料的成形性。本文概述ECAP法的基本原理、剪切模式与变形规律,分析摩擦因素对变形的影响,综述中国在ECAP合金组织、性能方面的一些研究成果。

AZ31镁合金和7050铝合金ECAP过程的数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件分别对AZ31镁合金和7050铝合金进行等通道转角挤压(ECAP)数值模拟研究。利用有限元(FE)模拟得到应力场、应变场及载荷-位移曲线,分析了在不同挤压温度、挤压速度、摩擦条件和不同截面下等通道转角挤压的变形规律。结果表明,挤压温度升高可以降低挤压载荷,这有利于AZ31镁合金挤压,在摩擦较小情况下进行变形有利于降低挤压载荷,提高变形均匀性;在不考虑变形过程中温升效应的情况下,挤压速度对挤压载荷影响较小,当挤压速度提高时,最大等效应变值有所提高;圆形截面比方形截面更适合进行等通道转角挤压。

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。

等通道转角挤压对L2工业纯铝力学性能的影响

利用等通道转角挤压(ECAP)技术挤压工业纯铝L2,探讨了挤压次数对其力学性能的影响。结果表明,随挤压次数的增加,L2的抗拉强度和硬度得到显著提高,抗拉强度可提高95%,硬度提高70%。挤压1次后,其伸长率由40%下降至15%,此后伸长率基本保持稳定。

ECAP挤压L2纯铝的微观组织演化规律

用等通道转角挤压对纯铝L2进行10道次挤压,结果表明:挤压1道次后,原来晶粒尺寸为1 mm的等轴晶沿剪切方向被拉长为条带状晶,在条带状晶粒之间出现被剪切破碎的细小亚晶粒。挤压2道次后,出现了少量等轴晶。挤压4道次后,晶粒取向性变得不太明显,小角度晶界的亚晶粒逐步向大角度晶界的等轴晶演化,晶粒细化到1μm。随挤压道次的继续增加,晶粒大小不再变化,而形状向等轴状演化。挤压10道次后,合金组织由晶粒大小为1μm的等轴晶组成。ECAP挤压中,纯剪切变形和应变量的双重作用导致晶粒细化。当晶粒尺寸小于临界尺寸时,剪切变形对晶粒的细化起主要作用;当达到临界尺寸后,应变量起主要作用,表现在使合金组织形貌向等轴晶转变。

等径通道挤压中晶粒细化影响因素的研究进展

本文总结了近些年等径通道挤压 (equal channelangularpressing ,简称ECAP)技术晶粒细化的机理、影响晶粒细化的因素及挤压后材料宏观力学性能的改善等方面的研究进展 ,并结合金属塑性变形理论进行了解释。最后提出了几项需要进一步深入研究的工作。

等通道转角挤压7075铝合金动态再结晶组织晶粒度预报

采用等通道转角挤压(ECAP)对7075铝合金试样进行挤压,利用有限元软件对ECAP的连续动态再结晶组织晶粒度进行预报,采用有限元和实验相结合的方法,研究不同挤压道次对7075铝合金A路径ECAP过程组织晶粒度的影响。模拟结果表明,经过一道次、二道次和四道次A路径ECAP后试样中心区域的晶粒尺寸分别为24.8μm、20.2μm、16.7μm,晶粒随着挤压道次的增加不断细化。通过金相定量法计算可得一道次、二道次和四道次A路径ECAP实验后试样中心区域的晶粒度分别为26μm、20μm、16μm,与有限元预报结果吻合良好,最大误差小于5%,证明基于连续动态再结晶模型的有限元预报准确性较高。

MB15合金等通道转角挤压组织模拟和实验分析

采用等通道转角挤压（ECAP）对MB15合金试样进行挤压,利用有限元软件DEFORM-3D进行ECAP晶粒组织模拟,探索采用有限元模拟与实验分析相结合的方法,研究镁合金ECAP成形过程的晶粒组织变化规律。模拟结果表明：数值模拟后试样从头部P1处、中部P2处到尾部P3处的晶粒组织细化程度明显减小,平均晶粒尺寸从初始的13.32μm减小到2.3~3.1μm;采用ECAP方法进行一道次挤压,试样的平均晶粒尺寸从13.32μm减小到2.2μm。对比数值模拟与实验分析结果表明：两者在晶粒细化程度上吻合良好。

低温等通道转角挤压中定向凝固纯铜的组织及性能演变

采用光学显微镜(OM)和XRD技术对干冰冷却后的定向凝固纯铜(99.99%)经等通道转角挤压(ECAP)时的微观组织演变规律进行研究,并测试了ECAP后定向凝固纯铜的硬度及导电性能。结果表明,定向凝固纯铜在低温下经A和C路径变形后易于形成取向一致的纤维组织,并且保持(111)面的择优取向特征,而经Bc路径变形后,柱状晶破碎,形成均匀的等轴晶,且各晶面逐渐趋于随机取向;经过1道次变形后,各路径硬度大幅增加,约为原来的1.8倍,在随后的挤压中,硬度增加缓慢,经4道次ECAP后,Bc路径的硬度有所下降;在低应变下,晶粒取向的一致性使得导电率增加;随着应变的增加,晶格畸变使得电子发生散射,使导电率略有降低。

等通道转角挤压对纯铝L2阻尼性能的影响

采用Φ=90°,ψ=30°的等通道转角挤压(ECAP)模具,对工业纯铝L2进行多次挤压,并利用悬臂梁共振法测试了合金阻尼。结果发现,ECAP可以改善材料微观组织结构,显著细化晶粒。原始晶粒尺寸为1mm的L2合金经挤压4道次后晶粒可细化为1μm左右的等轴晶。ECAP可提高合金阻尼。经挤压4道次后合金阻尼最高,应变量为3 8×10 - 5时合金阻尼为3 1×10 - 3,与未挤压的L2合金相比,提高了80 %。L2合金挤压前后的阻尼是应变振幅相关的,随应变振幅增大,合金阻尼提高。

等通道转角挤压道次和温度对Cu-Al-Be-B合金组织及力学性能的影响

对Cu-A1-Be-B形状记忆合金进行了等通道转角挤压（ECAP）实验，分析了挤压温度和挤压道次对其组织结构的影响。进行了硬度测试和拉伸试验，研究了挤压道次对合金力学性能的影响。结果表明，在500℃进行ECAP8道次挤压，可将合金硬度从92HI也提高到113HRB，晶粒直径由100-300μm细化至约5μm。但其塑性变差，断裂强度也由465MPa降至340MPa。

等通道热挤压变形对奥氏体不锈钢组织与性能的影响

在500℃～1000℃温度区间,对00Cr19Ni10奥氏体不锈钢进行了ECAP热挤压变形,利用金相显微镜与透射电镜对变形后的组织进行了微观组织观察。发现ECAP变形的组织演变过程与孪晶带和剪切变形带的形成及演变有关,同时发现随着变形温度的升高,组织逐渐从以孪生变形为主向以滑移带变形为主转变。对变形后金属的力学性能进行了测定。结果表明,等通道热挤压变形能显著提高材料的综合力学性能。

等通道转角分流模挤压AZ31镁合金管材

采用等通道转角挤压(ECAP)技术改良了传统挤压模具分流孔;通过螺旋槽焊合模腔,挤出了壁厚2 mm的管材。研究了镁合金的组织变化及材料的性能。结果表明:挤压态合金组织均匀,晶粒细小(平均晶粒尺寸约为12.5μm)。等通道转角挤压的细化晶粒过程、动态再结晶以及退火再结晶使合金具有良好的组织结构和力学性能。挤压态试样断口呈现为脆性解理断裂方式,退火态试样断口则表现为脆性和韧性混合断裂机制。

等通道挤压镁合金工艺的研究

采用等通道挤压(ECAP)对AZ91镁合金在预热温度为350、400、450、500℃下进行了2、4、6、8、10道次的挤压。采用光学显微镜和透射电子显微镜分析了试样经过不同的变形工艺的显微组织变化。结果表明,随着挤压道次和变形温度的增加,ECAP变形后的试样表面形态愈加平滑光洁,晶粒可细化到几微米,在透射电镜下观察ECAP后的显微组织,晶粒内部出现高密度位错,产生位错塞积。第二相粒子阻碍位错运动,从而促进动态再结晶,对细化晶粒起着重要作用。

65Mn钢的等通道转角挤压变形

研究了65Mn钢的等通道转角挤压(ECAP)变形,C方式650℃下ECAP变形中,65Mn钢中的渗碳体以周期性弯曲变形、周期性剪切变形、剪切断裂等形式协调ECAP的强烈塑性变形。ECAP使65Mn钢中的渗碳体可以表现出很强的塑性变形能力—观察到最大切变形达到1.9的等效真应变。由于渗碳体的强烈塑性变形,在其内部导入了大量的晶体缺陷甚至亚晶界,为后来渗碳体的加速溶解和球化打下了基础。

多道次ECAP挤压对纯铜拉伸行为影响的实验研究

为了解不同道次等通道转角挤压(ECAP)对材料拉伸屈服和硬化的作用,以纯铜棒材试样为研究对象,实验研究了经多道次ECAP后材料的单轴拉伸屈服和硬化行为,并进一步探讨了退火对ECAP后材料力学性能的影响,得到以下结论:①挤压道次相同的情况下,经退火/空冷处理后材料硬化更为充分;②一道次挤压对材料的硬化作用远大于后续道次;③在材料挤压后实施了退火的情形,四道次后的挤压对材料不再有明显的硬化作用。这一研究有助于人们更深入地了解ECAP对材料力学行为的影响。

65Mn钢等通道转角挤压微观组织与显微硬度分析

65Mn钢是制造农机具刀具的理想材料。从ECAP成形原理入手,探究了ECAP成形细化65Mn钢晶粒的机理,阐述了材料微观组织演变的控制原理。研究表明:热挤压后合金发生大塑性变形,晶粒结构变化,晶粒明显细化;65Mn钢试样ECAP挤压后硬度提高到380 HV,相比于挤压前硬度305 HV提高了25%。试验结果可以为秸秆粉碎机械、土壤耕整机械以及谷物收获机械的设计和开发提供依据。