金屬的強(qiáng)烈塑性變形與考慮尺寸效應(yīng)的細(xì)觀本構(gòu)關(guān)系.pdf

1、材料經(jīng)受強(qiáng)烈塑性變形時(shí)其微觀結(jié)構(gòu)有很大的改變，導(dǎo)致材料的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生很大的變化。然而，其中的演化內(nèi)在機(jī)制及其模型描述至今人們?nèi)匀粵](méi)有很好解決。為了研究強(qiáng)烈塑性變形對(duì)材料性質(zhì)的影響，本文結(jié)合等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)試驗(yàn)和多晶塑性理論，對(duì)韌性材料的力學(xué)行為開(kāi)展研究。
　　 作者自行設(shè)計(jì)調(diào)試了ECAP模具，完成了金屬材料銅、鋁的ECAP試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)經(jīng)ECAP處理后，材料屈服強(qiáng)度大幅提高和極限強(qiáng)度小幅度提高。研究經(jīng)ECAP不同路徑處理后

2、材料的均勻性問(wèn)題。采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬技術(shù)分析了ECAP過(guò)程中壓頭壓力的分布規(guī)律。編寫了反映材料位錯(cuò)滑移變形物理機(jī)制的晶體塑性模型計(jì)算子程序。多晶塑性模型中通過(guò)引入背應(yīng)力考慮循環(huán)載荷下材料力學(xué)行為響應(yīng)，而且，在滑移阻力函數(shù)中考慮了材料的尺寸效應(yīng)。利用多晶塑性模型分析ECAP過(guò)程中局部的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。
　　 本文研究工作的成果主要有：
　　 1.完成了90°和120°兩種轉(zhuǎn)角角度的ECAP模具設(shè)計(jì)與調(diào)試，用這些模具可連續(xù)

3、擠壓出長(zhǎng)達(dá)90 mm的圓棒試件。
　　 2.完成了經(jīng)ECAP處理前后材料拉伸性能的測(cè)試與數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)材料經(jīng)ECAP處理后，在不同擠壓路徑中屈服強(qiáng)度提高比例最大為312.5%，而極限強(qiáng)度提高比例為最大26.3%。(2)1道次處理對(duì)屈服強(qiáng)度提高最顯著，多道次擠壓中1道次強(qiáng)度提高貢獻(xiàn)約為70%。(3)ECAP處理造成材料的塑性性能大幅降低，未擠壓材料的延伸率約30%，而1道次擠壓后約為7%。(4)在后續(xù)道

4、次擠壓過(guò)程中，材料塑性性能會(huì)略有提高。
　　 3.經(jīng)A、Ba、Bc、C路徑以及8道次45°路徑擠壓的T3紫銅，在同一擠壓試件不同部位截取試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)無(wú)論何采用種路徑擠壓，材料拉伸性質(zhì)均表現(xiàn)出有規(guī)律的不均勻現(xiàn)象，同一試件不同部位試樣的截面強(qiáng)度不均勻系數(shù)最高可達(dá)24.6%。
　　 4.利用ECAP試驗(yàn)研究了不同路徑、不同道次擠壓對(duì)于壓頭壓力的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)壓頭壓力在不同路徑與不同擠壓道次條件下具有顯著差異。

5、>　　 5.研究了多晶塑性分析模型，結(jié)合晶體滑移率表達(dá)形式的本構(gòu)關(guān)系，編寫了與ABAQUS接口的用戶材料子程序(VUMAT)。模型考慮了背應(yīng)力及其演化，考慮了材料單元中晶粒結(jié)構(gòu)的尺寸信息，可以反映材料的屈服、流動(dòng)過(guò)程中的晶粒尺寸效應(yīng)，特別是可以反映應(yīng)變循環(huán)過(guò)程的材料晶粒尺寸效應(yīng)。
　　 6.采用數(shù)值模擬，考慮不同模具參數(shù)、多試樣連續(xù)擠壓、材料參數(shù)、擠壓試件長(zhǎng)度、摩擦因子等方面對(duì)ECAP試驗(yàn)過(guò)程中壓頭壓力變化規(guī)律的影響；并結(jié)合試

6、驗(yàn)與數(shù)值模擬擬合了ECAP過(guò)程最大壓頭壓力估算公式。
　　 7.分析了經(jīng)ECAP處理后擠壓試件中頭部效應(yīng)的影響范圍。采用應(yīng)變不變量為參數(shù)分析了ECAP過(guò)程中擠壓試件的變形狀態(tài)和擠壓試件通過(guò)模具轉(zhuǎn)角過(guò)程中不均勻壓縮現(xiàn)象。通過(guò)定義截面不均勻系數(shù)，分析ECAP過(guò)程中擠壓試件的不均勻變形狀態(tài)，與試驗(yàn)中同一擠壓試件不同部位的拉伸強(qiáng)度的差異性吻合較好。
　　 8.通過(guò)ECAP過(guò)程中應(yīng)力狀態(tài)分析，合理解釋了試驗(yàn)過(guò)程中試件表面出現(xiàn)橫裂紋