摩擦及背壓對純銅ECAP變形過程影響的有限元模擬.pdf

1、等徑角擠壓（ECAP）是一種在不改變材料外觀形狀和尺寸的條件下，有效生產(chǎn)大塊體超細(xì)晶或納米晶金屬材料的新型塑性加工工藝。背壓-等徑角擠壓法(Equal Channel Angular Pressing with Back Pressure，BP-ECAP或背壓-ECAP)即在模具出口通道施加背壓的ECAP技術(shù)，可以有效地控制和改善材料的微觀組織和力學(xué)性能。晶體塑性有限元模擬（Crystal Plasticity Finite Eleme

2、nt Method，簡稱CPFEM）是一種將晶體塑性理論與有限元計算有機(jī)結(jié)合的模擬方法。
　　本文利用商業(yè)有限元模擬軟件ABAQUS對等徑角擠壓（ECAP）過程進(jìn)行了三維有限元模擬計算。根據(jù)有限元基本假設(shè)及金屬熱粘塑性動態(tài)本構(gòu)關(guān)系，引進(jìn)晶粒尺寸效應(yīng)，確定了本文中模擬所使用的本構(gòu)模型關(guān)系方程。建立了單道次不同摩擦系數(shù)ECAP擠壓過程模型和四道次連續(xù)背壓-等徑角擠壓（BP-ECAP）過程模型，模擬了四種不同摩擦系數(shù)條件下，試樣單道次

3、ECAP變形以及五個不同背壓條件下試樣四道次連續(xù)ECAP擠壓過程。
　　通過對不同摩擦系數(shù)情況下單道次 ECAP擠壓變形后試樣內(nèi)部等效塑性應(yīng)變的分布進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn)：試樣的等效塑性應(yīng)變分布在沿三個方向的截面上并不均勻，這說明了僅通過二維有限元模擬是遠(yuǎn)不能夠真實地反映出實際情況下 ECAP擠壓過程的。模擬結(jié)果同時表明：通道壁與試樣接觸對之間的摩擦對于經(jīng)過 ECAP擠壓過程后的試樣內(nèi)部等效塑性應(yīng)變的分布以及擠壓力的影響較大，隨著摩擦系數(shù)

4、的增大，各截面的變形不均勻程度和最大等效應(yīng)變出現(xiàn)位置均會發(fā)生變化。經(jīng)過對比后發(fā)現(xiàn)，摩擦系數(shù)μ=0.05是試樣在ECAP變形過程中的最佳選擇。
　　分析不同背壓下四道次連續(xù) ECAP擠壓變形模擬后試樣內(nèi)部不同截面等效塑性應(yīng)變分布以及不同背壓對于試樣ECAP變形的影響后發(fā)現(xiàn)，背壓對于塑性應(yīng)變區(qū)面積、應(yīng)變速率分布均勻性和交角間隙均會造成一定影響。在背壓小于100MPa時，塑性變形區(qū)會隨著施加背壓的增大而減小，但當(dāng)背壓超過了100MPa后

5、，塑性變形區(qū)開始隨著施加背壓的增大而增大，因此當(dāng)背壓為100MPa時，塑性變形區(qū)域面積最小。此外，應(yīng)變速率分布的均勻性也具有相同的變化趨勢。而背壓對于交角間隙的影響則不同，在背壓為0時，交角間隙會達(dá)到最大值，之后隨著施加背壓的增大其逐漸減小，當(dāng)背壓達(dá)到了200MPa時，交角間隙則會消失不見。而變形不均勻性會隨著背壓的增大先減小后增大，在背壓為100MPa時變形最均勻。因此施加一定值的背壓可以擴(kuò)大銅在通過 ECAP擠壓后的變形范圍，且使得