等通道转角挤压（ecap）铝合金的力学性能和断裂行为

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1、摘要等通道转角挤压(EqualChannelAngularPressin雌CAP)技术是制备超细晶金属材料的重要方法之一。本论文以铸态AI．0．63％Cu、A1．3．9％Cu和A1．2．77％Mg合金为实验材料，观察了ECAP过程合金的组织变化，系统研究了ECAP后合金的拉伸、疲劳、冲击性能以及其变形与断裂机制。上述合金经四次ECAP后，晶粒都细化到了亚微米级别。而且，铸态Al一3．9％Cu合金中的沿晶界分布的粗大0相被挤碎，成为了弥散分布的颗粒。因此，合金拉伸强度增加，但延伸率降低。多次挤压后，合金的静力韧度增大。A1．2．77％Mg合金ECAP四次之后在523K退火

2、处理，得到了具有双态晶粒度的组织，提高了材料的综合力学性能。合金的拉伸断裂显示出不同的特征。对于A1．0．63％Cu合金，随着挤压道次增多，拉伸断裂从颈缩方式转变为剪切方式。对于A1．3．9％Cu合金，铸态时表现为正断，而ECAP之后则以剪切方式断裂。铸态A1．2．77％Mg合金拉伸时发生颈缩断裂，经不同道次挤压后则显示为具有不同剪切断裂角的剪切断裂。论文中对合金的拉伸断裂机制进行了探讨。在应变疲劳实验中，A1．0．63％Cu合金表现出明显的循环软化行为。多次ECAP处理使合金滞回环的形状系数变小，同时，使合金的包申格效应增强。疲劳后，在ECAP后合金的XZ面上出现了与

3、循环应力轴成450夹角的剪切带，而在XY面上，剪切带垂直于循环应力轴。研究表明，剪切带的方向和ECAP模具的剪切平面之间没有对应关系。另外，疲劳裂纹也可以在剪切带区域外出现。在应力疲劳实验中，A1．2．77％Mg合金的疲劳寿命随着ECAP道次的增多而明显提高。ECAP一次的合金表面有沿着剪切带出现的疲劳裂纹，也有横穿过剪切带的之字形疲劳裂纹。在ECAP四道次的A1．2．77％Mg合金疲劳断口上可以看到明显的疲劳裂纹萌生区、扩展区和最后瞬断区。ECAP处理增强了铸态A1．0．63％Cu和A1．2．77％Mg合金的冲击性能。由于A1．3．9％Cu合金中含有较多的第二相，在E

4、CAP后其冲击性能没有提高。研究表明，合金的冲击性能和静力韧度具有一定的相关性。关键词：Al合金；等通道转角挤压(ECAP)静力韧度；力学性能；断裂方式；剪切带ABSTRACTEqualchannelangularpressing(ECAP)techniqueisoneoftheimportanttechniquesforproducingultrafme-grained(UFG)materials．Inthispaper,castalloysA1-0．63％Cu，A1-3．9％CuandA1-2．77％MgweresubjectedtoECAPfortheexperi

5、mentalmaterials．AfterECAP,themicrostructuresofthealloyswereobserved，andtension，fatigueandimpacttestswereperformed，toinvestigatethecorrespondingmechanicalpropertiesaswellasdeformationandfracturemechanisms．Thefollowingconclusionscanbedrawn：Thegrainsarerefinedtosubmicron—meterscaleafterfour

6、ECAPpasses．Inaddition，theprecipitationphase0alonggrainboundariesincastalloyA1—3．9％Cucanbebrokenintodisperseparticles．Asaresult,thetensilestrengthisimproved，whileelongationdecreases．Itisnotedthatthestatictoughnessofthealloysincreasesaftermulti-passes．ForAI-2．77％MgalloysubjectedtofourECAPp

7、assesandsubsequentannealingat523kcomprehensivemechanicalpropertiesareenhancedduetothebimodaldistributionofgrainsize．Thetensilefailuremodesofthealloysdisplaydifferentfeatures．ForAI-0．63％Cualloy,neckingdegreedecreasesgradually,andtheshearfeaturebecomesmoreobviouswithincreas