等徑角擠壓工藝中變形與擠壓載荷研究.pdf

1、超細(xì)晶材料具有良好的力學(xué)性能和特殊的物理性能，近年來受到材料學(xué)家們的廣泛關(guān)注。等徑角擠壓工藝是一種通過劇烈塑性變形制備超細(xì)晶材料的方法。等徑角擠壓工藝中，施加載荷使試樣通過潤(rùn)滑良好且截面積相等的相交通道。試樣在通過變形區(qū)時(shí)會(huì)發(fā)生簡(jiǎn)單剪切變形并獲得很大的應(yīng)變量，從而細(xì)化晶粒，改善組織形貌，最終提高材料的性能。本文研究了等徑角擠壓工藝中變形過程，得到了簡(jiǎn)單剪切應(yīng)變及正應(yīng)變公式，采用有限元數(shù)值模擬的方法證明了公式的正確性，并通過對(duì)擠壓后的試樣

2、進(jìn)行表征進(jìn)一步驗(yàn)證了有限元模擬結(jié)果。分析了等徑角擠壓不均勻性產(chǎn)生的原因，提出應(yīng)變狀態(tài)決定了組織的不均勻性。通過滑移系法、有限元法以及上限法得到了擠壓載荷公式，通過實(shí)測(cè)載荷位移曲線對(duì)載荷公式進(jìn)行驗(yàn)證。
　　分析了等徑角擠壓簡(jiǎn)單剪切變形原理，得到了簡(jiǎn)單剪切應(yīng)變公式。通過剪切變形公式發(fā)現(xiàn)，剪切應(yīng)變?chǔ)门c圓角半徑差與寬度的比值(Rint-Rext)/D之間呈線性關(guān)系，斜率僅與模具內(nèi)角Φ有關(guān)，采用有限元方法對(duì)簡(jiǎn)單剪切變形進(jìn)行驗(yàn)證。研究了不同位

3、置的節(jié)點(diǎn)速度和實(shí)際圓角半徑的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)速度和實(shí)際圓角半徑不同是產(chǎn)生等徑角擠壓后的試樣不均勻的原因，并對(duì)簡(jiǎn)單剪切應(yīng)變公式進(jìn)行了修正。對(duì)304L不銹鋼與Ti49.2Ni50.8合金分別進(jìn)行顯微硬度測(cè)試與馬氏體相變行為分析，證明試樣的中心變形量高于外側(cè)，與有限元模擬結(jié)果吻合較好。
　　分析了等徑角擠壓正應(yīng)變變形原理，得到了正應(yīng)變公式。通過正應(yīng)變公式可以發(fā)現(xiàn)，正應(yīng)變?chǔ)排c圓角半徑差與寬度的比值(Rint-Rext)/D之間呈線性關(guān)系

4、，斜率僅與模具內(nèi)角Φ有關(guān)。當(dāng)Rext-Rint=D，或者模具內(nèi)角角度為180°時(shí)，理論計(jì)算的正應(yīng)變?yōu)?，即不發(fā)生正應(yīng)變。采用有限元模擬結(jié)果驗(yàn)證了正應(yīng)變理論公式，并用實(shí)際節(jié)點(diǎn)圓角半徑代替模具內(nèi)外角圓角半徑，完善了正應(yīng)變的理論公式。通過304L奧氏體不銹鋼金相結(jié)果及顯微硬度結(jié)果證明了正應(yīng)變的存在。
　　討論了模具參數(shù)、材料參數(shù)以及擠壓路徑對(duì)應(yīng)變分布規(guī)律的影響發(fā)現(xiàn)：R0-1R0-0.5結(jié)構(gòu)的模具，制備的試樣不同位置節(jié)點(diǎn)的等效應(yīng)力具有很好

5、的線性相關(guān)性?？紤]應(yīng)變狀態(tài)的變化時(shí)，R0-0.3R0-0.2結(jié)構(gòu)的模具制備的試樣具有更好的均勻性；發(fā)現(xiàn)隨著模具內(nèi)角角度的增加，試樣的均勻性會(huì)提高；隨著摩擦系數(shù)的增加，試樣的均勻性先提高后降低；隨著材料的加工硬化系數(shù)增加，試樣的均勻性會(huì)提高。兩道次擠壓后C路徑具有最好的均勻性，而四道次和8道次下 BC路徑具有最好的均勻性。通過顯微組織照片及顯微硬度測(cè)試證明了有限元模擬結(jié)果。等徑角擠壓可以有效的提高材料的強(qiáng)度，但是塑性會(huì)降低。等效應(yīng)變量與抗

6、拉強(qiáng)度，顯微硬度成正比例關(guān)系，通過顯微硬度分布可以表示等效應(yīng)變分布情況。應(yīng)變狀態(tài)決定了材料顯微組織形貌，顯微組織形貌決定了材料的性能，在討論等徑角擠壓試樣不均勻性時(shí)，需要考慮試樣不同區(qū)域的應(yīng)變狀態(tài)。
　　等徑角擠壓過程中，受到阻力主要有摩擦阻力和變形力。根據(jù)上限法和滑移線法，得到了相同的材料變形阻力的表達(dá)式，并通過有限元方法驗(yàn)證了變形阻力的結(jié)果。分析了內(nèi)角圓角、屈服強(qiáng)度以及加工硬化系數(shù)對(duì)變形阻力的影響規(guī)律。實(shí)測(cè)載荷曲線可以分成兩個(gè)