2a12铝块体超细晶材料的制备、模拟及细化机制的研究

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3、和汇编本举位沦文。(保密论文在解密后应遵守此规定)沦文作者签名，娶墅6多导师签名日期{S．j。摘要等径角挤压法(equalchannelangularpressing简称ECAP法)制备块体纳米村料是在20世纪80年代Segal教授和他的同事们工作基础上发展起来的。经过多次等径角挤压变形后，材料的组织可以满足：(1)具有均匀的超细晶结构；(2)获得的超细晶粒具有大角度晶界；(3)试样没有机械破坏及裂纹。而且等径角挤压法与其它块体纳米材料的制备方法(例如7气相法、球磨法等)相比，具有许多独特优点，譬如：它可以克服其它方法制备的试样中有孔洞、致密性差等问题以及球磨所导致的不纯、

4、大尺、t坯体难以生产以及给定材料的实际应用较困难等，并fl等径角挤压材料的许多性能电是独特的，这对于实际应用和基础研究都是十分重要的。因此，等径角挤压技术作为通过剧烈塑性变形获得大尺寸哑微米、纳米级块体材料的有效方法之一，n益受到材料科学界的重视，是一种非常有发展前途的超细晶材料制备工艺。但是到E1前为止，人们对等径角挤压法制备块体超细晶材料，尚有许多问题不清楚。首先，等径角挤压过程中超细晶结构形成的机理及品界的变化仍然不很清楚，各研究队伍得出的结沦往往互相矛盾，而且对等径角挤压超细晶粒形成机制的争论颇多，许多试验现象得不到合理的解释。其次，挤压次数、加j[路径、挤压速度、

5、挤压温度以及变形热对材料性能、加[过程和晶粒细化的影响极大，工件与模具接触面间的摩擦状态，材料物性等诸多因素又使得等径角挤压变形过程的控制十分困难，采用传统方法仝面系统地研究这些问题，需要耗费大量的人力、物力，目前虽然已经进行了‘些试验，但仍存在许多问题，需要进行深入的研究。本文针对以上问题，选用A}一3％Mg、2A12铝合金进行有限元分析和等径角挤压试验，主要研究内容和结果如卜．：首先，采用Deform一3D有限元分析程序，模拟等径角挤压过程，分析材料的变形行为，讨论应力、应变、应变速率的变化和分布情况，研究不同[艺参数的影响。结果表明：在等径角挤压过程中，材料的变形主要

6、集巾在模具两个通道的拐角处，变形梯度较大，而且根据载荷随着试样位移的变化，等径角挤压的过程大致可分为五个阶段：快速增加、缓慢增加、快速增加、载荷值趋于稳定和载荷下降阶段；挤压模具的内角为90。或接山东大学博十学位论文近90。时，材料所经受的等效应力、等效应变较大，挤压效果好，加工效率高，但设备吨位也较高：采用加工路径A、Bc、C进行八次挤压，它们的累积等效应变差别不大，但加工路径Bc的等效应变分布最为均匀，细化效果最好；随着挤压温度的升高，材料的变形抗力不断降低，挤压力减小，变形基本不变但更加均匀，考虑到挤压后的回复作用，在材料和设备许可的条件下，应尽量在较低的温度下进行等

7、径角挤压；采用加工路径Bc进行挤压时，随着挤压次数的增加，试样内部经受的等效应变越来越大，而且变形的均匀程度更好，因此在等径角挤压的过程中，随着挤压次数的增加，材料内部的变形更大而且均匀，有利于组织的细化和均匀化；摩擦系数越大，变形载荷越大，而且摩擦系数的大小还会影响塑性变形区的分布，并对变形过程及试样组织的均匀性有影响，所以在等径角挤压的过程中，应保证挤压凹模内壁表面光洁、使用合适的润滑剂，以减小摩擦，从而大大改善晶粒细化的效果，减小载荷；此外，挤压速度越小，材料通过转角经历剪切变形的时间越长，应变速率越小，挤压力波动也越小，但等效应变及其分布变化不大，因此挤压速度对等径

8、角挤压的影响不大，考虑到挤压效率，应采用较高的挤压速度。第二，自行设计、带4造了内角为105。、外角为45。和内角为90。外角为30。的两套等径角挤压模具。在整个试验过程中经受了上千次的挤压，工作状态良好，这表明模具的结构合理，性能可靠。但试验中仍然发现一些不足，特别是模具设计没有充分考虑到试样离开模具下通道时发生的弹性膨胀和弯曲，从而影响了加工效率甚至挤压的正常进行。因此，等径角挤压模具中应设置适合的矫整工作带。第三，选用Al一3％Mg合金进行了等径角挤压试验。结果表明：等径角’挤压工艺是细化晶粒、改善力学性能的