等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化及擠壓工藝研究.pdf

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝(ECAP)是細(xì)化晶粒、制備超細(xì)晶材料的一種有效途徑，其原理是通過反復(fù)多道次的擠壓累積大的應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。然而，試樣在通過剪切區(qū)后其上表面存在著強(qiáng)烈的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力導(dǎo)致試樣在未達(dá)到強(qiáng)度極限的工況下過早地開裂，甚至斷裂，即使是應(yīng)用最廣、變形效果最好的模具(Ψ=20o，Φ=90o)，也存在這一問題。為了克服這一不利因素，減小試樣開裂傾向，增加擠壓道次來獲得更高的累積應(yīng)變，本文對(duì)原有模具(Ψ=20o，Φ=90o)進(jìn)行

2、了改進(jìn)，將模具出口通道靠近剪切變形區(qū)一側(cè)的上表面進(jìn)行微小的向上傾斜，并用有限元軟件對(duì)改進(jìn)前后5083 Al試樣的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)、擠壓力、材料變形流動(dòng)方式進(jìn)行了分析。
　　 有限元分析結(jié)果表明：(1)模具經(jīng)過修改以后，試樣靠近內(nèi)轉(zhuǎn)角的上表面處的拉應(yīng)力完全消除，使得材料在強(qiáng)烈塑性變形區(qū)完全處于壓應(yīng)力狀態(tài)，而且效果優(yōu)于施加背壓力的傳統(tǒng)模具；(2)改進(jìn)后的模具在單道次擠壓后，試樣的平均等效應(yīng)變量(1.35)較傳統(tǒng)模具(1.25)有所增加

3、。但橫截面上各處的均勻性下降；以BC路徑(每擠完一道次試樣繞其長(zhǎng)度方向軸以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)入下一道次擠壓)進(jìn)行四道次擠壓后，各處的等效應(yīng)變值完全相同，反復(fù)多道次擠壓所產(chǎn)生的累積應(yīng)變彌補(bǔ)了單道次擠壓后所產(chǎn)生的應(yīng)變不均勻；(3)改進(jìn)模具的擠壓力較舊模具有所上升，達(dá)到135kN，而傳統(tǒng)模具為120 kN，但比施加200 Mpa背壓力的載荷(145kN)略低；(4)試樣在改進(jìn)模具中的變形流動(dòng)方式依然是純剪切變形，模具修改之后，并沒有改

4、變等通道的變形特征。
　　 為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的有效性，本文使用傳統(tǒng)與改進(jìn)的兩套模具對(duì)純鋁在室溫下、以BC路徑進(jìn)行了擠壓。試驗(yàn)結(jié)果表明，傳統(tǒng)模具在擠壓12道次之后，試樣表面開裂已經(jīng)較為嚴(yán)重，不適合做進(jìn)一步的擠壓，此時(shí)試樣的晶粒細(xì)化到～500 nm；而使用新模具后，試樣可以順利擠壓到20道次且沒有出現(xiàn)裂紋，微觀組織觀察表明晶粒細(xì)化到了～200 nm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了有限元分析的正確性，同時(shí)也用事實(shí)說明了新模具在消除拉應(yīng)力方面所起的作用

5、，證明了模具改進(jìn)的合理性和有效性。
　　 硬脆相強(qiáng)化合金，如含有Mg17Al12相的鎂鋁合金、含有Mg2Si相的鋁鎂硅合金，在等通道轉(zhuǎn)角擠壓時(shí)，目前的四種擠壓路徑：A、BA、BC、C，雖然能有效破碎這些硬脆相、減小其對(duì)基體的割裂作用，但不能夠使這些細(xì)碎顆粒彌散化，而是沿著剪切方向分布。為了有效實(shí)現(xiàn)硬脆相的細(xì)化與彌散化，本文提出一種新的擠壓路徑，并分別以新路徑、BA、BC路徑對(duì)Mg10Al合金進(jìn)行了擠壓，對(duì)擠壓后合金的橫截面、縱向