等径角挤压法细化大尺寸铝棒材晶粒尺寸的研究

论文摘要

等径角挤压(ECAP)是一种利用纯剪切变形实现材料晶粒细化的大塑性变形加工方法,是目前获得块状超细晶材料的重要方法之一,已引起了国内外材料界的极大关注。到目前为止,用ECAP法制备出的主要为φ10mm左右的小尺寸试样材料,由于制备尺寸的限制,使得ECAP技术在工业上的推广应用大大受阻。本文利用自行设计的ECAP模具,在室温下对φ30mm的大尺寸纯铝棒材进行了四道次挤压试验,对ECAP变形过程中挤压力的变化规律、组织演变规律、挤压后材料的力学性能、变形的均匀性及其影响因素等进行了研究,并对ECAP变形过程中纯铝的细化机理和等径角挤压法的产业化问题进行了探讨。结果表明:含残余试样等径角挤压载荷随位移的变化可分为快速增加、快速下降、缓慢增加、缓慢下降和载荷值有所回升等五个阶段;采用等径角挤压技术,可以显著改善工业纯铝的力学性能。按照Bc路径,经四次ECAP挤压后,纯铝的晶粒尺寸由原来的40～50μm细化到5μm左右;用金相显微镜对纯铝微观结构的观测分析表明,在纯铝的ECAP变形过程中,模具转角处的剪切变形作用,应变量的大量累积以及由此引入的一系列位错运动是其晶粒细化的主要原因。用硬度法对ECAP变形的均匀性分析表明,在等径角挤压过程中,试样头部和尾部的变形极不均匀,试样顶部与中部区域的变形相近,试样底部的变形与试样顶部和中心的差异较大;残余试样的存在,对新试样起到了反向挤压力的作用,使新试样内部的变形及其应力分布更为均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 等径角挤压法
• 1.2.1 等径角挤压法的工艺原理
• 1.2.2 等径角挤压法的技术特点
• 1.2.3 等径角挤压法的影响因素
• 1.3 等径角挤压材料
• 1.3.1 等径角挤压材料的组织
• 1.3.2 等径角挤压材料的性能
• 1.3.3 等径角挤压材料的应用前景
• 1.4 等径角挤压法的计算机模拟
• 1.5 等径角挤压法的研究现状及存在的问题
• 1.6 本课题的提出及主要内容
• 1.6.1 本课题的提出
• 1.6.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 试验方案和研究方法
• 2.1 试验方案的确定
• 2.1.1 试验材料及制备
• 2.1.2 试验设备
• 2.2 试验技术路线
• 2.3 拟采取的研究方法及手段
• 2.3.1 ECAP变形
• 2.3.2 ECAP挤压力的变化规律测试
• 2.3.3 显微硬度测试
• 2.3.4 组织形貌观察
• 2.4 本章小结
• 第三章 等径角挤压模具的设计与制造
• 3.1 挤压力的计算
• 3.1.1 挤压力的概念
• 3.1.2 挤压力的影响因素
• 3.1.3 ECAP挤压力的计算
• 3.2 等径角挤压模具的设计和制造
• 3.2.1 等径角挤压模具的设计和制造要求
• 3.2.2 等径角挤压模具的设计及制造
• 3.3 润滑剂的选择
• 3.4 本章小结
• 第四章 含残余试样ECAP挤压力的变化规律及力学性能研究
• 4.1 等径角挤压试验内容
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 含残余试样ECAP挤压力的变化规律
• 4.2.2 显微硬度分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 等径角挤压纯铝的显微组织分析
• 5.1 试验内容
• 5.2 显微组织观测和分析
• 5.2.1 ECAP挤压前纯铝试样的光学金相显微组织
• 5.2.2 一次挤压后纯铝的显微组织
• 5.2.3 二次挤压后纯铝的显微组织
• 5.2.4 四次挤压后纯铝的显微组织
• 5.3 晶粒细化机制探讨
• 5.4 小结
• 第六章 大尺寸试样ECAP变形的均匀性分析
• 6.1 变形均匀性的研究方法
• 6.2 试验内容
• 6.3 试验结果
• 6.3.1 同一试样不同部位的显微硬度对比分析
• 6.3.2 不同试样的轴向硬度对比分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 等径角挤压法的产业化探讨
• 7.1 模具实际工作情况
• 7.1.1 模具（A）的工作状况
• 7.1.2 模具（B）的工作状况
• 7.2 两套模具的优缺点总结与分析
• 7.2.1 模具（A）的优缺点
• 7.2.2 模具（B）的优缺点
• 7.3 优化模具设计
• 7.3.1 改进的模具结构图
• 7.3.2 设计说明
• 7.3.3 设计优点
• 7.4 小结
• 第八章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况