銅、鋁及銅-銀合金ECAP變形行為的研究.pdf

1、等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)（equal channel angular pressing，簡稱ECAP）作為大塑性變形方法的一種，能夠有效地制備出致密性良好的塊體超細(xì)晶材料，目前已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。Cu-Ag合金因其良好的強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能受到廣泛的關(guān)注，但傳統(tǒng)的冷軋、冷拔等工藝往往會導(dǎo)致其原有材料的尺寸減小，等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)正好可以彌補(bǔ)這一點(diǎn)。為此對Cu-Ag合金進(jìn)行ECAP擠壓實(shí)驗(yàn)，從微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能上分析ECAP變形對Cu-Ag

2、合金的影響。利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法可以從應(yīng)力應(yīng)變分布情況等方面分析變形材料擠壓后的狀態(tài)，研究材料受力情況和 ECAP工藝因素對其變形均勻性的影響，為后續(xù)ECAP研究提供理論基礎(chǔ)。本文為方便設(shè)置模擬時(shí)材料的參數(shù)，選用和 Cu-Ag合金同為FCC金屬結(jié)構(gòu)的純金屬銅和鋁作為研究對象，分析 ECAP中工藝因素（擠壓路徑及模具內(nèi)角角度）和摩擦、背壓條件對材料變形均勻性情況的影響。
　　本實(shí)驗(yàn)成功地實(shí)現(xiàn)了室溫下銅銀合金的A路徑ECAP擠壓1~

3、4道次變形。通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、力學(xué)拉伸測試、顯微硬度測試等實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)手段，分析研究試樣的顯微組織特征和其演變規(guī)律及力學(xué)性能。主要研究結(jié)果：縱截面和橫截面均表現(xiàn)出微觀組織的細(xì)化現(xiàn)象，內(nèi)部Cu-Ag共晶組織由顆粒狀變成纖維狀。經(jīng)過ECAP之后，合金主滑移面發(fā)生變化，由（220）變?yōu)椋?11），其它滑移面強(qiáng)度處于不斷變化的狀態(tài)，說明材料內(nèi)部組織的取向并不單一。銅銀合金經(jīng)4道次的ECAP擠壓變形后，力學(xué)性能發(fā)生了很大變化：顯微硬度由

4、原材料的64.92 HV增加到191.4 HV；抗拉強(qiáng)度由原材料的323.42 MPa迅速增加到533.07 MPa；延伸率在ECAP擠壓后有大幅度的下降，由原材料的19.4％一直降到12.6%，但1道次后下降幅度最大，之后出現(xiàn)緩和，即多道次的ECAP擠壓能夠緩解材料塑性變形時(shí)的加工硬化現(xiàn)象。
　　本文利用有限元軟件DEFORM-3D對純銅和純鋁在不同變形工藝（A、Ba、Bc路徑和75°、90°、115°模具內(nèi)角）下的受力情況進(jìn)行

5、模擬發(fā)現(xiàn)，材料在變形過程中的載荷變化不受擠壓路徑的影響，但會隨變形角度的增加出現(xiàn)變小變緩的情況。材料經(jīng)三種路徑變形后，在Bc路徑下表現(xiàn)出最好的變形均勻性，且隨著擠壓道次的增加等效應(yīng)變的梯度減小，材料整體的變形均勻性升高。
　　本文設(shè)置了不同的摩擦因數(shù)（0、0.05、0.1）和背壓值（0、30MPa、50MPa），對純銅在 ECAP變形過程進(jìn)行模擬，得出結(jié)論：增大摩擦有利于材料充分變形，晶粒細(xì)化程度增大，但造成等效應(yīng)變分布出現(xiàn)明顯的