高壓扭轉(zhuǎn)試樣不均勻塑變過程仿真及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.pdf

1、高壓扭轉(zhuǎn)（High pressure torsion, HPT）是眾多大塑性變形（Severe plastic deformation, SPD）工藝中行之有效的工藝之一，能夠有效制備出亞微米或納米塊體超細(xì)晶（Ultrafine grained, UFG）材料。塊體超細(xì)晶材料由于其表面結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)發(fā)生特殊變形，使其具備優(yōu)異的力學(xué)性能和加工性能，備受世界各國(guó)研究學(xué)者關(guān)注，成為目前金屬納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　雖然通過試驗(yàn)研究工

2、藝參數(shù)對(duì)材料高壓扭轉(zhuǎn)過程塑性變形的影響非常直觀有效，但在高壓扭轉(zhuǎn)過程中，試樣應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的測(cè)試較為困難，并且試樣的不均勻塑性變形一直沒有得到足夠的重視，這成為塊體超細(xì)晶材料高壓扭轉(zhuǎn)制備原理分析及工藝優(yōu)化的難題之一。
　　基于此，本文采用ANSYS和DEFORM-3D有限元數(shù)值模擬與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)不同材料高壓扭轉(zhuǎn)過程中的不均勻塑性變形特征及影響因素進(jìn)行了研究。
　　本文的主要研究結(jié)果如下所示：
　?。?）在壓力對(duì)壓

3、縮階段試樣不均勻塑性變形的影響、扭轉(zhuǎn)圈數(shù)對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)試樣塑性變形的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著壓力和扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，試樣等效應(yīng)變、硬度及顯微組織結(jié)構(gòu)的不均勻分程度加大，且三者不均勻分布規(guī)律相一致，自心部到邊緣位置應(yīng)變、硬度增加，晶粒細(xì)化：心部等效應(yīng)變低、晶粒粗大、晶界明顯、硬度低；中間區(qū)域應(yīng)變、硬度較高，分布較為均勻；邊緣位置等效應(yīng)變、硬度高，呈等軸細(xì)晶組織。并且，發(fā)現(xiàn)心部的硬度峰、凹槽處的變形死區(qū)以及徑向中心線邊緣處的軟區(qū)三個(gè)與整體變形規(guī)律不

4、相符的特征區(qū)域。此外，高壓扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)階段，相對(duì)壓縮階段產(chǎn)生劇烈變形，晶格畸變嚴(yán)重，晶粒細(xì)化更明顯。
　　（2）在模具參數(shù)（凹槽深度d、凹槽傾角Φ）對(duì)試樣塑性變形影響的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著凹槽深度的增加，純銅試樣壓縮階段的不均勻塑性變形程度增加，自心部到邊緣，試樣整體上變形越來越劇烈。并且，變形死區(qū)的范圍越來越大，軟區(qū)徑向?qū)挾仍絹碓酱?，并且試樣徑向塑性流?dòng)距離增加。隨著凹槽傾角的增加，試樣整體塑性變形減小，其不均勻分布程度降低，變形逐漸趨

5、于平穩(wěn)，而硬度峰區(qū)域的應(yīng)變峰值、軟區(qū)徑向范圍以及變形死區(qū)范圍均隨之降低。
　?。?）摩擦對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)兩個(gè)階段塑性變形的影響以及高壓扭轉(zhuǎn)后試樣上下表層變形滯后的研究結(jié)果表明：在摩擦對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)兩個(gè)階段塑性變形影響的研究中發(fā)現(xiàn)，無論是在壓縮階段還是扭轉(zhuǎn)階段，隨著摩擦系數(shù)的增加，試樣整體塑性變形增加，其不均勻分布程度加深，并且，與整體變形規(guī)律不符的特征區(qū)域（硬度峰、軟區(qū)、變形死區(qū)）將隨著摩擦系數(shù)的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的改變。在高壓扭轉(zhuǎn)后試樣的組織