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。

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。

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。

连续变断面循环挤压与等通道转角挤压技术的工艺特征及其应用

分别论述了等通道转角挤压法与连续变断面循环挤压法这两种大塑性变形方法的工艺原理、工艺流程、模具结构、变形特征以及累积应变量与模具结构参数之间的关系;并系统介绍了这两种方法在制备纯铝、镁合金及钛合金细晶材料方面的应用,明确了连续变断面循环挤压法与等通道转角挤压法均是细化合金组织,提高材料强度、塑性等综合性能的有效途径。通过分析对比,提出这两种大塑性变形方法各自的优势和存在的问题,以及未来的发展方向。

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。

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。

连续等通道转角挤压对Al-Ti-C合金组织与性能的影响

采用连续等通道转角挤压工艺,以连续的方式对Al-Ti-C合金进行多道次挤压,通过观察微观组织演化,探讨晶粒细化机理和力学性能变化。结果表明:连续等通道转角挤压工艺可有效细化Al-Ti-C合金微观组织,晶粒尺寸减小至1μm左右,形变诱导是变形过程中最主要的晶粒细化机制;高密度位错堆积引起Al基体和TiAl_(3)界面的裂纹以及TiAl_(3)内部的空洞产生,裂纹进一步扩展贯穿整个TiAl_(3)颗粒,最终导致第二相TiAl_(3)组织的细化,同时细小的第二相TiAl_(3)组织的钉扎机制和剪切机制促进了Al基体细化;连续等通道转角挤压1道次后,合金硬度提升最明显,与原始态相比提高59.2%;之后随挤压道次的增加,硬度提升的趋势变缓,合金塑性下降,韧性提高。

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。

摩擦对大型等通道转角压最大挤压载荷的影响

采用Deform-3D有限元软件对大型等通道转角压(Equal channel angular pressing,ECAP)进行动态计算仿真模拟,并进行试验研究,重点考察变形体与模具间摩擦因数和模具水平通道扩口直径对挤压载荷的影响。模拟结果表明,剪切摩擦模型适合用于ECAP变形仿真模拟计算,摩擦因数对大型ECAP的最大挤压载荷具有很大影响,随着摩擦因数的增加,最大挤压载荷急剧增加;摩擦因数μ=0.6(近似于铝和钢干摩擦)时的挤压载荷是摩擦因数为0时挤压载荷的5.1倍;增加出口通道扩口端的直径,当μ<0.6时,对最大挤压载荷几乎没有影响,而当μ>0.6时,可以明显降低最大载荷值,但也不是出口通道扩口直径越大其对应的挤压载荷就越小。试验研究表明,大型ECAP必须想办法降低摩擦才能实现批量化生产,试验和仿真的最大挤压载荷吻合。

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.

双相合金Mg-8Li-1Al的等通道转角挤压 Ⅱ.挤压后合金的室温拉伸性能

随着等通道转角挤压(ECAP)次数的增加,Mg-8Li-1Al(质量分数,％)合金的室温拉伸强度和塑性同时增加,对应1,2,3,4次ECAP,合金的屈服强度分别为169,185,196和198 MPa,延伸率分别为12％,14％,25％和27％.微观组织分析表明, ECAP方法在细化两相组织、提高合金强度的同时,还改善了α相组织的均匀性和等轴性,并使各晶粒间的取向差逐渐增大.这种处在非平衡状态的、具有较大取向差的晶界结构,在室温拉伸变形过程中可激活晶界滑移或晶粒转动等变形方式,进而使材料的塑性随道次增加而得到提高.

等通道转角挤压Al-Mg_2Si合金的组织与性能研究

研究Al-Mg2Si合金经250℃等通道转角挤压后的微观组织与力学性能。维氏硬度及拉伸力学性能测试结果表明:经4道次ECAP挤压后,Al-Mg2Si合金的硬度、抗拉强度和延伸率均显著提高;8道次挤压后合金的塑性进一步提高,但其硬度和抗拉强度却有所下降。扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析表明:经ECAP挤压后,原汉字状或骨骼状Mg2Si相显著碎化,且挤压道次越多,Mg2Si相的破碎效果越明显,合金组织也不断细化。对合金经较多道次挤压后硬度及抗拉强度反而有所下降的原因进行了分析。

纯铝粉末多孔烧结材料等通道转角挤压

以纯铝粉末多孔烧结材料为研究对象,在200℃下采用粉末包套?等通道转角挤压工艺制备了完全致密的块体超细晶材料,研究在挤压过程中3种路径(A、BC、C)对其组织和性能的影响。结果表明:在3种路径挤压下均实现了材料的晶粒细化与致密,其中路径BC和路径A的细化效果优于路径C的;以细化效果最佳的路径BC为例,初始平均粒径为46.8μm,相对密度为0.88的粗大等轴晶组织经过4道次挤压后得到平均粒径为1.5μm完全致密的超细晶组织,且屈服强度比初始时提高了两倍左右;3种路径下显微硬度与挤压道次的关系基本一致,即一次挤压后硬度比初始值提高了75%,之后随着挤压道次的增加,硬度增加趋于缓慢。

等通道转角挤压过程中纯铜位错密度变化和力学性能

利用等通道转角法(Equal channel angular pressing)对纯铜进行挤压变形,研究变形过程中纯铜组织演变,分析位错密度及其相应力学性能变化规律,探讨层错能对组织演变的影响机理。结果表明:退火后纯铜在ECAP变形过程中由小角度晶界逐渐转变为大角度晶界,晶粒尺寸细化到5~10μm;随着挤压道次的增加,纯铜中位错密度显著增大,1道次时位错密度为0.16×1014 m-2,6道次后位错密度达到最大值,为0.41×1014 m-2,之后位错重组和湮灭使得位错密度在一定程度上减小;材料强度明显提高,塑性减小,退火后纯铜的抗拉强度为220 MPa,伸长率为53.5%,8道次后纯铜的抗拉强度为444 MPa,伸长率下降到22.1%;纯铜拉伸断口韧窝数量逐渐增多、变浅且分布均匀,断裂方式整体表现为塑性断裂。通过对组织演化和力学性能分析得出,纯铜作为中等层错能材料,同时具有低层错能和高层错能金属的一些变形特征。