纯铝ecap变形组织演化及变形过程模拟

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1、东北大学硕士学位论文纯铝ECAP变形组织演化及变形过程模拟摘要ECAP使材料在等径弯曲通道转角处产生剧烈的剪切塑性变形，从而使变形材料晶粒细化至亚微米级甚至纳米级。ECAP作为具有工业化应用前景的强烈塑性变形方法之一而备受关注。本文以纯铝为研究对象进行了一系列的ECAP实验，并对ECAP变形过程进行模拟、分析，主要内容如下：(1)纯铝ECAP变形过程中的组织演化及细化机制分析以Bc方式在室温下进行了铸态、轧制态、退火态纯铝的多道次ECAP变形。实验结果表明：ECAP方法能够使材料晶粒显著细化，经过8道次

2、变形后均获得了等轴细晶组织。经8道次ECAP变形后，铸态纯铝的晶粒尺寸由原始的1．O～1．5mm细化到1．4I．tm左右。CLN态及退火态纯铝虽然初始组织状态与铸态纯铝差别很大，但是在相同变形条件下经过8道次变形后均获得了等轴细晶组织，且晶粒尺寸相差不大；表明同种材料ECAP变形前的初始状态对细化的影响很微弱，即ECAP变形前无需对材料进行复杂的预处理。在纯铝中添加少量的zn形成A1．3．3wt％Zn合金，其经过8道次ECAP变形后也获得了等轴细晶组织，且大角度晶界的比例较大，晶粒尺寸为1．3岫左右。E

3、CAP变形后材料的硬度增大。1道次变形后硬度增大趋势尤为明显，随后增大的趋势变缓，ECAP变形4道次后硬度的增大趋势更为平缓。室温ECAP变形晶粒细化机制可描述为：应变较小时，在强烈的剪切应变作用下，原始的粗晶内产生了一系列具有小角度晶界的亚晶带。随着应变的增加，变形带内的亚晶粒逐渐细化。随着应变的进一步增加，亚晶发生转动，使得亚晶界间的取向差逐渐增大，最终形成大角度晶界，获得等轴细晶组织。通过分析认为此过程中发生了连续动态再结晶。(2)ECAP变形过程的数值模拟与分析采用商用有限元分析软件MSC．Su

4、perForm，实现了纯铝ECAP多道次变形过程的数值模拟。分析了多道次变形过程的变形行为及等效应变分布规律，研究了模具几何形状对变形的影响，以及变形试件与通道内表面间的摩擦对变形的影响。根据模拟所得的载荷一变形时间曲线，可将ECAP变形过程分为4个阶段：-Ⅱ-东北大学硕士学位论文摘要开始阶段、过渡阶段、稳定阶段和终了阶段。其中稳定阶段为主要的变形阶段，在此阶段中材料连续稳定地发生剧烈剪切变形，相应的载荷基本保持不变。ECAP变形过程中除了下表面和两端部网格畸变程度较小之外，试件大部分区域内网格发生了剧

5、烈的剪切变形。以C方式进行的多道次变形过程中，如果试件初始晶粒组织为等轴状态，则经过2n次剪切变形后回复到等轴状态。随着变形的进行，在模具转角处发生了剧烈的剪切变形，剪切应变在试件中得到累积，到稳定变形阶段试件中部已经获得了较大的等效应变。多道次变形过程中一直存在着一个最大的、稳定的、均匀的等效应变分布区域，且该区域内的等效应变值也随着变形道次的增加而增加。同时，变形在试件整体内的分布是不均匀的，这种不均匀随着道次的增加而累积，使得等效应变的增加幅度在试件的各个不同区域是不同的。模具本身的几何形状不仅影

6、响着试件变形过程中所获得的最大等效应变的大小，同时还影响着等效应变的分布情况。从(D和Ⅲ对等效应变的影响程度来看，中起主导作用，随着巾值的增加v值对等效应变的影响变小。随着V角的增大，试件内发生稳定变形的区域减小，且等效应变分布的不均匀性增大。当模具角度中为90。、trd为00、摩擦因子m为0．2时，变形后试件底部区域内的网格被严重拉长，且等效应变值很大；摩擦的存在使得试件内部变形分布的不均匀性加剧，局部等效应变值剧增，是极为不利的因素。除了采用润滑剂来减小摩擦的影响之外，适当增大角度1l，能提高模具转

7、角处金属的流动性，从而消除摩擦的不利影响。关键词：强烈塑性变形，等径弯曲通道变形，纯铝，晶粒细化，有限元方法，数值模拟．Ⅲ．东北大学硕士学位论文AbstractMicrostructuralevolutionandsimulationofpurealuminumduringECAPprocessAbstractDuringequalchannelangularpressing(ECAP)process，materialsundergosevereshearplasticdeformationatthei

8、ntersectionofthetwochannels．Afterthat．grainsofthedeformedmaterialsaregreatlyrefinedtomicrometersizeoreventonanometersize．ECAPisatpresentoneofthemostpromisingSPDtechniquesthatCallprocessbulkultrafine—grainedmaterialsforindu