鎂合金擠壓剪切復(fù)合變形工藝研究.pdf

1、等通道角擠壓(ECAP)作為一種大變形方式，在變形前通常需要對合金進(jìn)行預(yù)擠壓變形。要獲得細(xì)小晶粒，合金需要在等通道角擠壓模具內(nèi)進(jìn)行多道次的擠壓。本文將等通道擠壓前的普通擠壓與等通道角擠壓結(jié)合來，開發(fā)出一種新型的擠壓工藝。由于該工藝過程包括普通擠壓與之后的兩個道次的C路徑等通道擠壓，因而稱該工藝為擠壓-剪切工藝(簡稱ES)。本文就ES變形過程中合金的微觀組織演變以及其力學(xué)性能進(jìn)行研究。通過Deform-3D有限元軟件對整個ES工藝進(jìn)行研究

2、。
　　本文試驗材料主要采用鑄態(tài)AZ系合金。通過gleeble-1500D熱模擬試驗機(jī)對AZ31進(jìn)行熱壓縮試驗，從而獲得AZ31的材料特性，為有限元模擬提供材料模型。在熱模擬機(jī)上用ES一次剪切模具進(jìn)行擠壓，并建立有限元模型進(jìn)行比較分析。依照實際擠壓過程，建立有限元模型模擬，分析ES工藝參數(shù)對擠壓力、等效應(yīng)變、速度場和溫度場的影響規(guī)律。用具有不同擠壓比、模具轉(zhuǎn)角的ES模具進(jìn)行工業(yè)擠壓實驗，擠壓時選取不同溫度擠壓。對擠出棒材進(jìn)行金相實

3、驗和拉伸實驗，以分析其微觀組織和力學(xué)性能。最終得到如下結(jié)果：
　　通過ES一次剪切熱模擬實驗獲得擠壓過程擠壓力及模具溫度變化情況，將熱模擬結(jié)果與有限元模擬結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果一致，由此說明本文中所建模型能很好模擬ES擠壓過程。一次剪切擠壓后橫截面的兩個邊部組織不均勻，外轉(zhuǎn)角位置的組織更加細(xì)小。
　　模擬結(jié)果表明，ES工藝的擠壓力在擠壓過程呈現(xiàn)獨特變化，出現(xiàn)兩次擠壓力平臺。擠壓溫度升高，擠壓比減小，模具轉(zhuǎn)角增大以及摩擦因數(shù)減小均

4、使擠壓力減小。增大擠壓比，減小模具轉(zhuǎn)角，增大摩擦因數(shù)均使等效應(yīng)變增大。另外，摩擦因數(shù)是影響等效應(yīng)變分布均勻性的主要因素。模擬發(fā)現(xiàn)金屬在模具中流動速度不斷增加。但由于二次轉(zhuǎn)角對金屬施加類似背壓的作用，使金屬在一次轉(zhuǎn)角處流動速度降低。增大轉(zhuǎn)角、降低摩擦使金屬的流出速度增加，但對金屬流動的均勻性影響不大。增大摩擦，增大擠壓比，增加擠壓速度均使模具溫度升高。擠壓溫度越高，模具升溫后溫度越高。
　　與普通擠壓相比，ES擠壓顯著細(xì)化晶粒，并提

5、高棒材的強(qiáng)度，但溫度升高到一定程度后，ES擠出棒材的力學(xué)性能與普通擠壓棒材力學(xué)性能無顯著差異。隨著擠壓溫度升高，ES擠出棒材的晶粒變大，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)增加，其均勻性和延伸率增加；增大轉(zhuǎn)角，使棒材在等通道區(qū)累計的等效應(yīng)變降低，擠出棒材的晶粒變大，動態(tài)再結(jié)晶的體積分?jǐn)?shù)減??；擠壓比增大，普通擠壓區(qū)的晶粒減小，最終獲得的棒材晶粒也減小。
　　ES擠壓不僅能細(xì)化棒材的邊部組織，由于其等通道區(qū)的剪切作用，棒材的中部組織也得到細(xì)化。在ES擠壓過程中