等通道轉角擠壓模具結構優(yōu)化及擠壓工藝研究.pdf

1、等通道轉角擠壓工藝(ECAP)是細化晶粒、制備超細晶材料的一種有效途徑，其原理是通過反復多道次的擠壓累積大的應變，從而實現(xiàn)晶粒細化。然而，試樣在通過剪切區(qū)后其上表面存在著強烈的拉應力，拉應力導致試樣在未達到強度極限的工況下過早地開裂，甚至斷裂，即使是應用最廣、變形效果最好的模具(Ψ=20o，Φ=90o)，也存在這一問題。為了克服這一不利因素，減小試樣開裂傾向，增加擠壓道次來獲得更高的累積應變，本文對原有模具(Ψ=20o，Φ=90o)進行

2、了改進，將模具出口通道靠近剪切變形區(qū)一側的上表面進行微小的向上傾斜，并用有限元軟件對改進前后5083 Al試樣的應力、應變狀態(tài)、擠壓力、材料變形流動方式進行了分析。
　　 有限元分析結果表明：(1)模具經過修改以后，試樣靠近內轉角的上表面處的拉應力完全消除，使得材料在強烈塑性變形區(qū)完全處于壓應力狀態(tài)，而且效果優(yōu)于施加背壓力的傳統(tǒng)模具；(2)改進后的模具在單道次擠壓后，試樣的平均等效應變量(1.35)較傳統(tǒng)模具(1.25)有所增加

3、。但橫截面上各處的均勻性下降；以BC路徑(每擠完一道次試樣繞其長度方向軸以順時針或逆時針旋轉90°進入下一道次擠壓)進行四道次擠壓后，各處的等效應變值完全相同，反復多道次擠壓所產生的累積應變彌補了單道次擠壓后所產生的應變不均勻；(3)改進模具的擠壓力較舊模具有所上升，達到135kN，而傳統(tǒng)模具為120 kN，但比施加200 Mpa背壓力的載荷(145kN)略低；(4)試樣在改進模具中的變形流動方式依然是純剪切變形，模具修改之后，并沒有改

4、變等通道的變形特征。
　　 為了驗證模擬結果的有效性，本文使用傳統(tǒng)與改進的兩套模具對純鋁在室溫下、以BC路徑進行了擠壓。試驗結果表明，傳統(tǒng)模具在擠壓12道次之后，試樣表面開裂已經較為嚴重，不適合做進一步的擠壓，此時試樣的晶粒細化到～500 nm；而使用新模具后，試樣可以順利擠壓到20道次且沒有出現(xiàn)裂紋，微觀組織觀察表明晶粒細化到了～200 nm。實驗結果證明了有限元分析的正確性，同時也用事實說明了新模具在消除拉應力方面所起的作用

5、，證明了模具改進的合理性和有效性。
　　 硬脆相強化合金，如含有Mg17Al12相的鎂鋁合金、含有Mg2Si相的鋁鎂硅合金，在等通道轉角擠壓時，目前的四種擠壓路徑：A、BA、BC、C，雖然能有效破碎這些硬脆相、減小其對基體的割裂作用，但不能夠使這些細碎顆粒彌散化，而是沿著剪切方向分布。為了有效實現(xiàn)硬脆相的細化與彌散化，本文提出一種新的擠壓路徑，并分別以新路徑、BA、BC路徑對Mg10Al合金進行了擠壓，對擠壓后合金的橫截面、縱向