铜、铝及铜—银合金ECAP变形行为的研究

发布时间：2017-10-31 06:18

  本文关键词：铜、铝及铜—银合金ECAP变形行为的研究

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【摘要】：等通道转角挤压技术(equal channel angular pressing,简称ECAP)作为大塑性变形方法的一种,能够有效地制备出致密性良好的块体超细晶材料,目前已成为国内外研究的热点。Cu-Ag合金因其良好的强度和优异的导电性能受到广泛的关注,但传统的冷轧、冷拔等工艺往往会导致其原有材料的尺寸减小,等通道转角挤压技术正好可以弥补这一点。为此对Cu-Ag合金进行ECAP挤压实验,从微观结构和力学性能上分析ECAP变形对Cu-Ag合金的影响。利用计算机数值模拟方法可以从应力应变分布情况等方面分析变形材料挤压后的状态,研究材料受力情况和ECAP工艺因素对其变形均匀性的影响,为后续ECAP研究提供理论基础。本文为方便设置模拟时材料的参数,选用和Cu-Ag合金同为FCC金属结构的纯金属铜和铝作为研究对象,分析ECAP中工艺因素(挤压路径及模具内角角度)和摩擦、背压条件对材料变形均匀性情况的影响。本实验成功地实现了室温下铜银合金的A路径ECAP挤压1~4道次变形。通过光学显微镜、扫描电镜、力学拉伸测试、显微硬度测试等实验仪器和实验手段,分析研究试样的显微组织特征和其演变规律及力学性能。主要研究结果:纵截面和横截面均表现出微观组织的细化现象,内部Cu-Ag共晶组织由颗粒状变成纤维状。经过ECAP之后,合金主滑移面发生变化,由(220)变为(111),其它滑移面强度处于不断变化的状态,说明材料内部组织的取向并不单一。铜银合金经4道次的ECAP挤压变形后,力学性能发生了很大变化:显微硬度由原材料的64.92 HV增加到191.4 HV;抗拉强度由原材料的323.42MPa迅速增加到533.07 MPa;延伸率在ECAP挤压后有大幅度的下降,由原材料的19.4%一直降到12.6%,但1道次后下降幅度最大,之后出现缓和,即多道次的ECAP挤压能够缓解材料塑性变形时的加工硬化现象。本文利用有限元软件DEFORM-3D对纯铜和纯铝在不同变形工艺(A、Ba、Bc路径和75°、90°、115°模具内角)下的受力情况进行模拟发现,材料在变形过程中的载荷变化不受挤压路径的影响,但会随变形角度的增加出现变小变缓的情况。材料经三种路径变形后,在Bc路径下表现出最好的变形均匀性,且随着挤压道次的增加等效应变的梯度减小,材料整体的变形均匀性升高。本文设置了不同的摩擦因数(0、0.05、0.1)和背压值(0、30MPa、50MPa),对纯铜在ECAP变形过程进行模拟,得出结论:增大摩擦有利于材料充分变形,晶粒细化程度增大,但造成等效应变分布出现明显的梯度变化,导致材料整体的变形均匀性下降。施加背压能有效提高材料的应变速率,有利于提高材料的变形均匀性。
【关键词】：等通道转角挤压技术 纯铜 纯铝 铜银合金 变形均匀性
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超细晶材料及其制备方法11-12
• 1.3 大塑性变形方法12-16
• 1.3.1 等通道转角挤压技术12-14
• 1.3.2 高压扭转法14-15
• 1.3.3 多向锻造法15
• 1.3.4 累积轧制法15-16
• 1.4 ECAP技术的研究现状16-22
• 1.4.1 影响ECAP过程的因素17-20
• 1.4.2 ECAP过程的数值模拟20-21
• 1.4.3 ECAP的其他研究21-22
• 1.5 课题的意义及研究内容22-24
• 第2章 实验材料及实验方法24-29
• 2.1 实验方案设定24-25
• 2.2 实验设备与试样制备25-27
• 2.2.1 ECAP模具25
• 2.2.2 实验装置25-26
• 2.2.3 试样制备26-27
• 2.3 实验结果测试方法27-29
• 2.3.1 金相组织观察27
• 2.3.2 宏观取向测定27
• 2.3.3 微观结构分析27-28
• 2.3.4 力学性能测试28-29
• 第3章 Cu-Ag合金的ECAP实验研究29-37
• 3.1 Cu-Ag合金ECAP组织演化29-31
• 3.1.1 X面组织特征29-30
• 3.1.2 Y面组织特征30-31
• 3.2 Cu-Ag合金SEM组织观察31-32
• 3.3 Cu-Ag合金XRD宏观取向演化32-33
• 3.4 Cu-Ag合金力学性能33-35
• 3.4.1 抗拉强度与显微硬度33-34
• 3.4.2 伸长率变化34-35
• 3.5 Cu-Ag合金变形机理分析35
• 3.6 本章小结35-37
• 第4章 受力与变形均匀性模拟研究37-48
• 4.1 DEFORM-3D软件简介37
• 4.2 ECAP多道次挤压有限元模拟37-38
• 4.3 ECAP受力情况模拟38-44
• 4.3.1 载荷分析38-40
• 4.3.2 等效应力的分析40-43
• 4.3.3 等效应变的分析43-44
• 4.4 材料变形均匀性模拟44-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 摩擦与背压对ECAP影响48-56
• 5.1 计算模型的建立48
• 5.2 摩擦对ECAP的影响48-53
• 5.2.1 摩擦与挤压载荷的关系48-49
• 5.2.2 摩擦对等效应力、应变分布的影响49-51
• 5.2.3 摩擦对微观组织的影响51-53
• 5.3 背压对ECAP变形过程的影响53-55
• 5.3.1 应变速率分析53-54
• 5.3.2 应变分布均匀性分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录65

【参考文献】

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本文编号：1121138