等径角挤压细化大尺寸铝棒材晶粒尺寸的模拟与实验

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1、的模拟与实验摘要等径角挤压法(equalchannelangularpressing简称ECAP)是一种制备块体纳米材料的大塑性变形方法。利用ECAP法可以使材料获得微米甚至纳米级别的晶粒，从而使材料产生特殊的力学、物理、化学等优异性能。本文加大试样的尺寸以利于其工业化生产应用。论文先用公认的Deform有限元分析软件系统模拟ECAP过程，模拟不同参数下的ECAP试样的等效应变、等效应力、应变速率等的变化和分布情况。结果显示：内角越小试样单道次挤压变形越强烈，但变形也越不均匀，同时，ECAP挤压载荷随内角的变化很大，ECAP实验时宜选用内角为直

2、角或钝角，但为提高挤压效率一般选用直角；内转角半径较大时也会形成死区，且加剧试样变形的不均匀，宜采用较小的内转角半径；外角较小时会形成死区，较大的外角可以避免死区但会降低试样的等效应变量，模拟表明外角取30。左右时可避免死区的产生；大的摩擦系数会增加能耗，影响试样的变形均匀性；挤压速度对试样等效应变的影响较小，但在较低的挤压速度下，试样内各质点应变状态基本相同，晶粒细化更加均匀；挤压温度的升高可降低ECAP的挤压载荷，但会影响到试样晶粒的细化效果，因此应在室温或较低的温度下进行ECAP工作；对不同路径的连续两次挤压表明，试样等效应变的均匀性的好

3、坏依次为A、B(B^、Bc)、C。但根据后面章节的分析，多道次挤压后的Bc路径效果最佳。根据模拟结果与课题要求制作内角为90。，外角为30。，内转角半径为2mm的ECAP模具，在室温下对1070工业纯铝进行ECAP挤压，对挤压试样的力学性能、微观组织等进行了研究，并与模拟结果进行比较，最后对ECAP的发展前景进行展望。结果表明：模拟结果能很好和实验数据吻合；ECAP法可显著调高材料的力学性能；经ECAP处理工业纯铝在200。C范围内有很好的热稳定性。对ECAP四道次的挤压发现，试样材料晶粒被细化形成等轴的细小晶粒，晶粒细化的过程为：先是晶粒沿剪

4、切方向被拉长，再者位错增殖产生位错胞，出现小角度亚晶，后来晶粒不断被破碎扭转，形成大角度等轴晶粒，随挤压道次的增加，位错的增值、湮灭等作用达到平衡，晶粒的细化接近极限；利用几何特征很好的说明了ECAP的剪切、晶粒细化机制；变形织构影响试样材料的晶粒细化，内角为90。时采用Bc路径，织构可有效促进试样材料的晶粒细化。关键词：等径角挤压(ECAP)大尺寸铝棒材模拟性能晶粒细化IIGECAP(Equalchannelangularpressing)isoneofsevereplasticdeformationmethods，whichachieves

5、topreparebulknanostructuredmaterials．MaterialsprocessedbyECAPcangetmicronorevennanometerscalegrain，SOthatmaterialscangetspecialmechanical、physical、chemicalandotherexcellentperformance．Inordertofacilitatetheindustrialproductionandapplication，thispaperincreasedthesizeofthesamp

6、le．Deform一3DisadoptedtomakenumericalcalculationindifferentECAPconditions．Andthedistributionandchangeofeffectivestrain、effectivestress、strainrateareobserved．Theresultshowsthat：thesmallerinnercomercouldcasesevereandheterogeneousplasticdeformationofsinglepass，atthesametimethelo

7、adECAPpressurechangesquicklyastheinnercorner,sorightorobtuseanglesshouldbeselected，especiallytherightangleforefficiency；Inordertoavoiddeadzoneandheterogeneousofworkpiece，asmallerinnercomerradiusshouldbeselected；ThedeadzonecanbeavoidandtheeffectivestraincanbeassurancedWhenthe

8、outcomeris30degrees；Largefrictioncoefficientcanaffectdeformationhomogeneity