论文题目: 2A12铝块体超细晶材料的制备、模拟及细化机制的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 毕见强
导师: 孙康宁
关键词: 等径角挤压,铝合金,有限元分析,块体超细晶材料,组织结构,晶粒细化
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 等径角挤压法(equal channel angular pressing简称ECAP法)制备块体纳米材料是在20世纪80年代Segal教授和他的同事们工作基础上发展起来的。经过多次等径角挤压变形后,材料的组织可以满足:(1)具有均匀的超细晶结构;(2)获得的超细晶粒具有大角度晶界;(3)试样没有机械破坏及裂纹。而且等径角挤压法与其它块体纳米材料的制备方法(例如气相法、球磨法等)相比,具有许多独特优点,譬如:它可以克服其它方法制备的试样中有孔洞、致密性差等问题以及球磨所导致的不纯、大尺寸坯体难以生产以及给定材料的实际应用较困难等,并且等径角挤压材料的许多性能也是独特的,这对于实际应用和基础研究都是十分重要的。因此,等径角挤压技术作为通过剧烈塑性变形获得大尺寸亚微米、纳米级块体材料的有效方法之一,日益受到材料科学界的重视,是一种非常有发展前途的超细晶材料制备工艺。但是到目前为止,人们对等径角挤压法制备块体超细晶材料,尚有许多问题不清楚。首先,等径角挤压过程中超细晶结构形成的机理及晶界的变化仍然不很清楚,各研究队伍得出的结论往往互相矛盾,而且对等径角挤压超细晶粒形成机制的争论颇多,许多试验现象得不到合理的解释。其次,挤压次数、加工路径、挤压速度、挤压温度以及变形热对材料性能、加工过程和晶粒细化的影响极大,工件与模具接触面间的摩擦状态,材料物性等诸多因素又使得等径角挤压变形过程的控制十分困难,采用传统方法全面系统地研究这些问题,需要耗费大量的人力、物力,目前虽然已经进行了一些试验,但仍存在许多问题,需要进行深入的研究。 本文针对以上问题,选用Al-3%Mg、2A12铝合金进行有限元分析和等径角挤压试验,主要研究内容和结果如下: 首先,采用Deform-3D有限元分析程序,模拟等径角挤压过程,分析材料的变形行为,讨论应力、应变、应变速率的变化和分布情况,研究不同工艺参数的影响。结果表明:在等径角挤压过程中,材料的变形主要集中在模具两个通道的拐角处,变形梯度较大,而且根据载荷随着试样位移的变化,等径角挤压的过程大致可分为五个阶段:快速增加、缓慢增加、快速增加、载荷值趋于稳定和载荷下降阶段;挤压模具的内角为90°或接
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1．1 纳米材料的制备及合成技术
1．1．1 惰性气体凝聚原位加压法
1．1．2 高能球磨法
1．1．3 非晶晶化法
1．1．4 熔体凝固法
1．1．5 大塑性变形法(SPD法)
1．2 块体纳米材料的性能、应用及其发展趋势
1．2．1 力学性能及其应用
1．2．2 物理性能及其应用
1．2．3 超塑性及其应用
1．2．4 块体纳米材料的研究和发展趋势
1．3 等径角挤压制备块体纳米材料
1．3．1 ECAP法的条件和加工路径
1．3．2 ECAP材料的微观结构和性能
1．3．3 ECAP法的影响因素
1．3．4 ECAP超细晶结构的形成机制
1．3．5 ECAP的计算机模拟
1．3．6 ECAP材料的应用和发展趋势
1．4 本课题的提出和主要研究内容
1．4．1 2A12铝合金的研究现状
1．4．2 本课题的提出
1．4．3 课题的主要研究内容
第二章 试验方案和研究方法
2．1 试验过程
2．2 试验设备
2．3 试验原料
2．3．1 Al-3% Mg合金试样的制备
2．3．2 2A12铝合金试样的制备
2．4 研究方法
2．4．1 有限元分析的研究方法
2．4．2 力学性能的研究方法
2．4．3 显微组织的研究
2．4．4 细化、强化机制的研究
第三章 等径角挤压的计算机模拟
3．1 模拟参数的选取和模型的建立
3．1．1 模拟参数的选取
3．1．2 计算模型的建立
3．1．3 模拟试验方案
3．2 模拟试验结果与分析
3．2．1 挤压过程模拟
3．2．2 模具角度
3．2．3 加工路径
3．2．4 挤压温度
3．2．5 挤压次数
3．2．6 摩擦系数
3．2．7 挤压速度
3．3 小结
第四章 等径角挤压模具的设计制造与等径角挤压的 Al-3% Mg合金微观组织和力学性能研究
4．1 试验方案
4．2 等径角挤压模具的设计与制造
4．2．1 挤压模具材料的要求和选择
4．2．2 挤压模具结构设计和制造的一般要求
4．2．3 挤压模具的设计与制造
4．2．3 润滑剂的选择
4．3 Al-3% Mg合金等径角挤压试验结果与讨论
4．3．1 显微组织分析
4．3．2 强度
4．3．3 塑性
4．3．4 硬度
4．3．5 挤压力
4．4 小结
第五章 2A12铝合金的等径角挤压试验和力学性能研究
5．1 2A12铝等径角挤压试验方案
5．2 2A12铝等径角挤压试验的热处理工艺确定
5．2．1 热处理次数的确定
5．2．2 热处理温度的确定
5．3 试验结果和分析
5．3．1 加工路径
5．3．2 模具角度
5．3．3 挤压次数
5．3．4 挤压速度
5．4 小结
第六章 等径角挤压 2A12铝合金组织结构的演变
6．1 等径角挤压2A12铝合金组织结构演变的研究内容
6．2 2A12铝合金组织结构的观察和分析
6．2．1 挤压前 2A12铝合金的微观结构
6．2．2 挤压一次后 2A12铝合金的微观结构
6．2．3 挤压二次后2A12铝合金的微观结构
6．2．4 挤压四次后 2A12铝合金的微观结构
6．2．5 挤压六次后 2A12铝合金的微观结构
6．2．6 挤压八次后2A12铝合金的微观结构
6．3 小结
第七章 2A12铝合金晶粒细化机制的研究
7．1 晶粒细化的影响因素
7．1．1 剪切特征
7．1．2 剪切应变量
7．1．3 晶体结构
7．1．4 变形织构
7．1．5 材料成分和原始组织
7．1．6 其它因素
7．2 晶粒细化机理
7．2．1 变形诱导机制
7．2．2 钉扎机制
7．2．3 第二相粒子剪切机制
7．3 小结
第八章 2A12铝合金强化机理的研究
8．1 晶粒强化
8．2 位错强化
8．3 第二相粒子弥散强化
8．4 固溶强化
8．5 小结
第九章 结论
参考文献
致谢
攻读博士期间发表的论文和获得的奖励
发布时间: 2005-10-17
参考文献
- [1].块体超细晶铜的制备与组织性能研究[D]. 魏伟.南京理工大学2005
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