工业纯钛室温ECAP变形有限元模拟研究-材料加工工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士论文 西安建筑科技大学硕士论文 PAGE PAGE 2 处产生一定量均匀的纯剪切变形。 另外，根据相邻挤压道次间试样相对于模具的轴向旋转方向和角度的不同， ECAP 变形方式主要有四种方式 ，即A 方式、 Ba 方式 、Bc 方式、 C 方式。 P 图 1-1 ECAP 变形基本原理示意图 1.2.2 ECAP 变形过程中晶粒细化的影响因素 (1) 挤压次数的影响 。根据累计等效应变公式，随着挤压次数的增加，累积的 塑性变形量就越大，从直观感觉来说晶粒细化的程度应该 更高，但实验结果并非 如此。有学者用 99.9%AI 试样在同一条件下挤压不同次数上午结果表明，在经过 4 次挤压之后，晶粒的平均尺寸已经小于 0.18μm，纵横比大约是2.8(42)。改后，随着 挤压次数的增加 晶粒的儿何尺寸和纵横比基本上保持不变，但是品粒间的位向差 随着挤压次数的增加而增大 ，大角度晶界数量也随之增加。 (2)挤压路径的影响 。在研究ECAP 变形 品粒细化过程中 ，人们发现采用不同 的挤压路径可以改变试样内的剪切平面和剪切方向，从 而对晶粒细化效果有重要 影响。 Iw油ash(43)等人在模具通道夹角 φ=900 时对纯铝研究了不同变形方式 (A. Bc. c)对晶粒细化效果及显微组织演变的影响，认为 Bc 方式比 A，C 方式共有更快的 品粒细化效果;Oh-Ishi (44)等人则对 Ba. Bc 方式进行了 比较实验，认为Bc 方式比 Ba 方式更为有效地细化晶粒 ;Longdon (45)等人认为各变形方式的品粒细化效果为 Bc注C二 A 或 Ba. (3) 挤压速度的影响。 BERBON 等人(46)研究表明，挤压速度在 O. t- lOmm/s 蔼 固时，挤压速度对 99.9%Al 和 Al-l%Mg 材料的 晶粒细化没有什么影响。前者挤压 后的晶粒平均尺寸为 1.2μm. 后者为 0.5μm。但挤压速度对挤压后晶粒分布的均匀 性却有一定的影响。当速度较低时，由于变形过程中回复作用较充分，有更多的 位错被晶界吸收 ，因此材料的微观结构更加均匀。 (4) 模具几何参数的影响。模具通道弯曲夹角 φ 和弯曲通道过度角 w 都对材料 的等效应变有很大的影响，不同的 φ ，Ijf 组合和挤压i草次，可以构成不问的祟积 等效应变 ，并影响到材料晶粒细化的效果。 另外，挤压温度也对品粒细化有一定的影响。金属塑性变形前如果温度越高， 从热力学角度看，原子具有的内能也越高，原子热运动越剧烈，变形后处于不稳 定热能状态的金属向变形前低能态阳复的趋势就越大，因此也对品粒细化必然 产 生影响。总之，影响 ECAP 晶粒细化的因素很复杂，还有待于进一步深入研究。 1.2. 3 影响 ECAP 变形主要参数 ECA P 变形的主要变形 1:具是挤压模具，其构成示意图如国 1-1 所示。 ECAP 变形模具的主祟儿何参数包括 道的断面尺寸、通道的长度、通道间夹角 φ 、通 道内侧困弧半径 r、通道外侧国弧张角v 等。其中对变形均匀性有影响的参数 主要 涉及到通道问夹角 φ 、通道内侧困弧半径r、通道外侧困弧张角w 。另外，变形速 度，变形过程中工件与模具间的摩擦均对 ECAP 变形均匀性也有 一定的影响。本 文主要对这些参数，既通道|可央角 φ 、通道内侧圆弧半径r、.ìi!!í道外侧圆弧张角甲， 变形速度， 工件与模具削的摩擦对 ECAP 变形的影响 。 1.3 工业纯铁 ECAP 变形研究现状 自从 1971 年铁元素被发现，迄今为 止人们对钦的研究和应用取得 了长足的发 展。铁实际卜不是稀有余属，它在地壳 中含量最丰富的元素中居第九位 ，在含量 最丰富的结构金属中排第四位，仅次于铝，铁和镇 (47) 。研究表明，铁具有很高的 比强度和良好的耐腐蚀性能，是先进航空发动机和飞机 中用量最多的余周结构材 料之一，对提高航空发动机的性能具有半足轻重的作用。由于其优 异的使用性能， 铁及铁合余在航天，海洋，汽年，生物和医药等领域也都得到了大量的应用 (48)。 因此，对钦的研究具有很重要的现实和战略意义。 铁作为难加工材料，到问前为 止，用ECAP 变形法对钦的研究证处于最初始 的阶段。国内关于纯钦ECAP 变形的研究只出现 过一次综述性报道。而国外对关 于纯铁 ECAP 变形的研究进行了 一 些基础的研究。俄罗斯学者研究表明，纯铁通 过 ECAP 技术细化品粒后，其屈服强度从 380MPa 提高剑 640MPa ，极限强度从 PAGE PAGE 4 两安建筑科技大学硕士论文 460MPa 提高到 710MPa，热稳定温度也提高到300.C 。品粒尺寸为O.3J.1.m 的超细 品铁与退火铁(品粒