等通道转角挤压工艺的研究进展

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1、等通道转角挤压工艺的研究进展2.1等通道转角挤压(ECAP)的技术原理同传统的材料相比，超细晶材料具有优良的力学性能，良好的物理性能及在相对低温下具有高应变速率加工超塑性⑴叽所以，超细晶材料从20世纪90年代起就引起人们的广泛关注。ECAP是由Segal⑹在20世纪80年代提出的，在材料中施加大的剪切变形得到亚微米、纳米组织，从而提高材料的性能的一种方法。由于人们对超细晶材料的关注使得等通道转角挤压技术从90年代起就得到广泛应用。目前国外主要是美国、口本、韩国、俄罗斯等国的科研工作者正在从事ECAP法制备工艺及其EC

2、AP材料性能的研究。等通道转角挤压是在不改变材料的横截面积的前提下，通过反复挤压产牛大的剪切变形，从而使材料的重复变形成为可能。由于不改变材料的横截面形状和面积，反复挤压可以使齐次变形的应变量累积迭加而得到相当大的总应变量。图1为等通道转角挤压原理图。ECAP模具由两个截面相同并以一定角度相交的通道构成，内交角为①，外接弧角为巾。在冲头压力的作用下，试样从一个通道挤压到另一个通道，直至挤岀试样，试样在拐角处发生大的剪切变形，剧烈变形产生大量位错，位错重新排列形成亚晶界分割原始晶粒。在通道挤出过程中，高的形变储能促使亚

3、晶界向大角度晶界转化，生成微细晶粒得到亚微米或纳米级的材料，虽然在挤压过程中发生的大的剪切变形，但试样的横截面和尺寸基本不变，所以可以进行多道次挤压，从而提高试样的性能。同普通的变形技术相比，等通道转角挤压主要具有如下主要优点⑺：(1)整个试样的结构和性能均一；(2)调整剪切面和剪切方向可以获得不同的结构和组织；(3)在试样断面形状和尺寸不改变的情况下获得大变形；(4)变形很均匀，通过变形区的试样表现岀几乎完全均匀的宏观变形。2.2等通道转角挤压(ECAP)过程的影响因素2.2.1挤压路径的影响在ECAP屮，挤压路径

4、对材料的性能影响很大。根据试样在每道次间旋转的角度和方向不同，一般把ECAP方法分为以下几种路径⑻，如图2,A路径是在每道次挤压后，样品不旋转，直接进行下一道次挤压；C路径是在每道次挤压后，样品旋转180°C后再进行下一道次挤压；Ba路径是在每道次挤压后，样品旋转90°C进行下一道次，旋转方向交替改变;Be路径是在每道次挤压后，样品旋转90°C进入下一道次，但旋转方向不变。这四种工艺路径在变形量足够大的情况下，都可以获得含有大角度晶界的等轴晶，但是有研究表明不同的工艺路径下，材料的织构演变进程是不同的。路径A是在挤压

5、试样内形成两个相交60°C的剪切面，挤压在交替的在两个剪切面上进行，由于在同一方向上剪切变形逐渐增大，可以获得片状晶粒；路径C挤压总是在相同的剪切面上进行，每相邻道次的剪切方向相反，由于剪切面一定，但剪切方向在两道次间改变，可以获得等轴晶；路径B挤压过程屮存在4个不同的剪切面和剪切方向，挤压交替的在这些剪切面上进行。对于哪种工艺路径细化效果更好，目前还没有全面的认识，有待进一步的研究。对于AI合金，在①二90°C时，普遍认为Be路径晶粒细化效果更好，更容易获得等轴晶粒。路㈣A)路径BC)路彳SC图2等通道转角挤压的4

6、种工艺路径2.2.2挤压速度的影响通过对纯铝和铝镁合金进行ECAP的研究表明，当挤压速度在10-2-10mm/s范围内变化时，挤压之后对晶粒的平均尺寸没有太大的影响，然而却对晶粒的均匀分布有些影响，在较低的挤压速度下挤压，变形过程中的回复作用时间较长，因此更多的位错可以被晶界吸收掉，使得材料的微观结构更加均匀，更加趋近于平衡态⑼。赵健问等发现工业纯钛在进行室温单道次ECAP变形过程屮，李晶随挤压速度的增加而增多，且在低速时变化明显，随着挤压速度的增加，挛晶密度增长速度缓慢，达到--定程度时基本不变。但是挤压速度对微观

7、组织结构的影响不能被忽视。晶粒回复往往在较低的挤压速度下更容易发生，这是因为在较低的速度下，晶粒回复的时间就会相对变长，而这时的显微组织也趋于平衡，外来位错不断减少⑼，加工硬化程度降低。2.2.3挤压温度的影响挤压温度对变形后的结果有直接的影响，变形温度越低，材料的变形抗力越大，并且有可能在试样表面出现裂纹，甚至导致试样在变形中断裂；变形温度越高，从热力学角度来看，原子具有的内能高，原子热运动更剧烈，变形后处于不稳定的高自由能状态的金展向变形前低能状态回复的趋势就越大。因此挤压过程中温度势必对晶粒细化有影响。Yama

8、shta等人在不同温度下对三种不同的材料(99.99%纯Al、AI-3%Mg和AI-3%Mg-0.2%Sc)采用Be工艺路线进行了挤压。挤压后对透射电镜照片和选区电子衍射照片进行观察，他们发现挤压温度对晶粒细化的影响比较明显，具体表现为，随着挤压温度的升高，晶粒的尺寸有着明显的增大。岀现这种情况的原因在于，挤压温度较高时变形过程中回复更容易发生