等通道转角挤压制备超细晶铜的疲劳性能-材料加工工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 PAGE PAGE 2 应用及应用范围的最终判据.而超细晶金属材料的疲劳性能研究，有着 更为特殊重要 的意义.因为超细品金属材料在强度得到大幅度提高的同时，塑性大 多显著下降，这 势必影响到与塑性密切相关的应变疲劳性能;另外，通过严重塑性变形途径制备的块 状超细晶金属材料，虽然没有界面污染和残余孔隙问题，但其处于亚稳态，主要表现 在晶界处于非平衡的高能态1131，这种状态的结构在服役条件下，特别 是循环载荷的疲 劳条件下 ，组织结构的稳定性对其疲劳性能有着关键性的影响. 1.2 ECAP 技术 1.2.1 ECAP 的变形原理 ECAP 变形法是 V.M.Segal 等人 1981 年提出的[141. 目前该方法己在国际材料领 域受到广泛关注。 ECAP .可以有效地将块状材料内部的晶粒细 化至 1 ，um以下，制备 出亚微晶〈小于1 ，um材) 料 。到目前为止，己在铝及铝合金、镇合金、铜及铜合金、 纯铁、碳钢、纯镇、铁合金及有序合金和金属间化合物等数十种材 料中获得了亚微晶 组织.无论从成本 ，经济效益上，还是材料的组织性能上，该方法都有很大的优越性. ECAP 制备的超细晶材料由于具有高强度高屈服极限和高硬度而有望被应用于工程 结构材料和一些有特殊物理性能要求的材料。 ECAP 变形可以以相对低的压力和加载 实现大的变形 ，其变形特点如下[15). (1) 纯剪切变形: (2) 能实现强烈塑性变形: (3) 变形均匀，通过变形区的试样表现出完全均匀的宏观变形: (4) 变形区非常小; (5) 应变速率大: (6) 通过多道改变形，实际的等效真应变可以达到很高的水平: (7) 通过控制道次间试样的转角 ，可以严格控制三维变形的方向。 惊 Jl dC-L / \七主之二b 图1.1 ECAP 变形示意图 图 1.2 ECAP 变形中纯剪切示意图 如图l.l所示(16)，ECAP 是将试样肢入横截面相同并成 一定交角的弯曲通道中， 试样在压力的作用下通过通道，在管道弯曲的地方发生一定量的纯剪切变形.试样所 受的剪切应变如图1.2[1 η所示。根据实验方法的设计和模具规格的不同试样可以制成 圆形截面和方形截面。 试样通过 ECAP 模子时所产生的应变，取决于两通道在模具内交叉的内切角 φ、 外切角 v 。在试样与模壁完全润滑的条件下，N 道次变形后试样所得的变形量是模 具的特征参数，仅与 φ 和v 高关， Segal 最早给出在不考虑摩擦条件下的等效 应变: ‘、，，ll，?、6 ‘、，， l l ，?、 其中 N 为变形道次。 fIwahas h i(18)等人提出考虑外角 v 的影响后，提出了修正后的 f EEEE-、 /EBEEt、WY- 2+AV-2，aEB EEEE- 、 / EBEEt 、 WY- 2 + AV-2 ，aEBE飞、 ， ∞ WY + BEE，，， 、 ， v-2 ，一2 + / \ tBElt o p w L ttIB--、 Nd - N S 通过公式 1-2 的计算，试样通过内切角为 90。的模具变形l 道次后真应变约为 1.15，n 道改变形后的真应变约为1.1 5n。由此可知ECAP 变形便材料在加工过程中获 得了极大的变形量，达到了破碎晶粒，增加储能的目的。更重要的是在加工过程中材 料外形尺寸不发生改变，因而可使同 一试样进行多道改变形，最终在得很高的变形量， 这也是 ECAP 与传统轧制相比较的-个重要特点。 采用模型实验 (19)及二维有限元分析 (20)都证实了上述公式的合理性。通过计算可 知 ECAP 变形使材料在加工过程中获得了极大的变形量，达到了破碎晶粒，增加储能 的目的。更重要的是在加工过程中材料外形尺寸不发生改变，因而可使同一试样进行 多道次变形，最终获得很高的变形量。 1.2.2 ECAP 过程的剪切特征与晶粒细化 在 ECAP 加工过程中，不同的方式对试样最终性能的影响很大。根据试样在每道 改间旋转方向和角度的不同，般可以把 ECAP 变形分为四种变形方式，如图1.5所 示阴沟: A 方式:每道次挤压后，试样不旋转，直接进行下一道次的挤压。 C 方式:每道次挤压后，试样旋转 180。后，再进行下一道次的挤压。 Ba 方式z 每道次挤压后 ，试样旋转90。进入下一道次，旋转方向交替变化。 Bc 方式=每道次挤 压后，试样旋转 90。进入下一道次，但旋转的方向不变。 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 这! 图 1.3 ECAP 变形典型的几种装样方式 (21) y 图1.4 ECAP 变形中定义的各个面及方向 [26