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1、東北大學(xué)碩士學(xué)位論文純鋁ECAP變形組織演化及變形過程模擬摘要ECAP使材料在等徑彎曲通道轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生劇烈的剪切塑性變形，從而使變形材料晶粒細(xì)化至亞微米級甚至納米級。ECAP作為具有工業(yè)化應(yīng)用前景的強烈塑性變形方法之一而備受關(guān)注。本文以純鋁為研究對象進(jìn)行了一系列的ECAP實驗，并對ECAP變形過程進(jìn)行模擬、分析，主要內(nèi)容如下：(1)純鋁ECAP變形過程中的組織演化及細(xì)化機制分析以Bc方式在室溫下進(jìn)行了鑄態(tài)、軋制態(tài)、退火態(tài)純鋁的多道次ECAP變形。實驗結(jié)果表明：ECAP方法能夠使材料晶粒顯著細(xì)化，經(jīng)過8道次
2、變形后均獲得了等軸細(xì)晶組織。經(jīng)8道次ECAP變形后，鑄態(tài)純鋁的晶粒尺寸由原始的1．O～1．5mm細(xì)化到1．4I．tm左右。CLN態(tài)及退火態(tài)純鋁雖然初始組織狀態(tài)與鑄態(tài)純鋁差別很大，但是在相同變形條件下經(jīng)過8道次變形后均獲得了等軸細(xì)晶組織，且晶粒尺寸相差不大；表明同種材料ECAP變形前的初始狀態(tài)對細(xì)化的影響很微弱，即ECAP變形前無需對材料進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理。在純鋁中添加少量的zn形成A1．3．3wt％Zn合金，其經(jīng)過8道次ECAP變形后也獲得了等軸細(xì)晶組織，且大角度晶界的比例較大，晶粒尺寸為1．3岫左右。E
3、CAP變形后材料的硬度增大。1道次變形后硬度增大趨勢尤為明顯，隨后增大的趨勢變緩，ECAP變形4道次后硬度的增大趨勢更為平緩。室溫ECAP變形晶粒細(xì)化機制可描述為：應(yīng)變較小時，在強烈的剪切應(yīng)變作用下，原始的粗晶內(nèi)產(chǎn)生了一系列具有小角度晶界的亞晶帶。隨著應(yīng)變的增加，變形帶內(nèi)的亞晶粒逐漸細(xì)化。隨著應(yīng)變的進(jìn)一步增加，亞晶發(fā)生轉(zhuǎn)動，使得亞晶界間的取向差逐漸增大，最終形成大角度晶界，獲得等軸細(xì)晶組織。通過分析認(rèn)為此過程中發(fā)生了連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。(2)ECAP變形過程的數(shù)值模擬與分析采用商用有限元分析軟件MSC．Su
4、perForm，實現(xiàn)了純鋁ECAP多道次變形過程的數(shù)值模擬。分析了多道次變形過程的變形行為及等效應(yīng)變分布規(guī)律，研究了模具幾何形狀對變形的影響，以及變形試件與通道內(nèi)表面間的摩擦對變形的影響。根據(jù)模擬所得的載荷一變形時間曲線，可將ECAP變形過程分為4個階段：-Ⅱ-東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要開始階段、過渡階段、穩(wěn)定階段和終了階段。其中穩(wěn)定階段為主要的變形階段，在此階段中材料連續(xù)穩(wěn)定地發(fā)生劇烈剪切變形，相應(yīng)的載荷基本保持不變。ECAP變形過程中除了下表面和兩端部網(wǎng)格畸變程度較小之外，試件大部分區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格發(fā)生了劇
5、烈的剪切變形。以C方式進(jìn)行的多道次變形過程中，如果試件初始晶粒組織為等軸狀態(tài)，則經(jīng)過2n次剪切變形后回復(fù)到等軸狀態(tài)。隨著變形的進(jìn)行，在模具轉(zhuǎn)角處發(fā)生了劇烈的剪切變形，剪切應(yīng)變在試件中得到累積，到穩(wěn)定變形階段試件中部已經(jīng)獲得了較大的等效應(yīng)變。多道次變形過程中一直存在著一個最大的、穩(wěn)定的、均勻的等效應(yīng)變分布區(qū)域，且該區(qū)域內(nèi)的等效應(yīng)變值也隨著變形道次的增加而增加。同時，變形在試件整體內(nèi)的分布是不均勻的，這種不均勻隨著道次的增加而累積，使得等效應(yīng)變的增加幅度在試件的各個不同區(qū)域是不同的。模具本身的幾何形狀不僅影
6、響著試件變形過程中所獲得的最大等效應(yīng)變的大小，同時還影響著等效應(yīng)變的分布情況。從(D和Ⅲ對等效應(yīng)變的影響程度來看，中起主導(dǎo)作用，隨著巾值的增加v值對等效應(yīng)變的影響變小。隨著V角的增大，試件內(nèi)發(fā)生穩(wěn)定變形的區(qū)域減小，且等效應(yīng)變分布的不均勻性增大。當(dāng)模具角度中為90。、trd為00、摩擦因子m為0．2時，變形后試件底部區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格被嚴(yán)重拉長，且等效應(yīng)變值很大；摩擦的存在使得試件內(nèi)部變形分布的不均勻性加劇，局部等效應(yīng)變值劇增，是極為不利的因素。除了采用潤滑劑來減小摩擦的影響之外，適當(dāng)增大角度1l，能提高模具轉(zhuǎn)
7、角處金屬的流動性，從而消除摩擦的不利影響。關(guān)鍵詞：強烈塑性變形，等徑彎曲通道變形，純鋁，晶粒細(xì)化，有限元方法，數(shù)值模擬．Ⅲ．東北大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractMicrostructuralevolutionandsimulationofpurealuminumduringECAPprocessAbstractDuringequalchannelangularpressing(ECAP)process，materialsundergosevereshearplasticdeformationatthei
8、ntersectionofthetwochannels．Afterthat．grainsofthedeformedmaterialsaregreatlyrefinedtomicrometersizeoreventonanometersize．ECAPisatpresentoneofthemostpromisingSPDtechniquesthatCallprocessbulkultrafine—grainedmaterialsforindu
