毕业论文：ECAP循环塑性变形纯钢的温升效应 ㊣ 精品文档 值得下载

形坯料的长度般为，直径放到截面尺寸相同的两个相交的通道中去通常相交的角度为之间，冲头施加压力把坯料从通道中挤出，坯料在通过转角的地方发生近似理想的纯剪切变形，经过多道次挤压，试样内部累积巨大的应变量，使微观组织由粗大的具有小角度晶界的等轴晶逐渐演变为细小的具有大角度晶界的颗粒状结构，即就是利用加工过程中发生加工硬化动态恢复以及动态再结晶来改变显微组织，最终提高材料服役和力学性能的种方法。

技术的主要优势有可加工组织致密，界面清洁的三维大尺寸材料，具有较大的生产应用潜力工艺设备简单，除模具外，其它所需设备大多实验室都已具备可有效细化多种材料的组织，包括各种多晶金属析出硬化合金金属间化合物和金属基复合材料。

工艺原理图如下图所示兰州理工大学毕业设计论文图挤压过程原理图图纯剪切示意图的工艺参数模具角度由大量实验可知当内角时，在模具外角处形成难变形区，且难变形区范围随着模具内角的增大而增大。

因为材料底部在该区域不能受到有效的剪切应变，所以在挤压过程中选择合理的变形通道对挤压效果至关重要。

从公式可以看出，变形的等效应变直接与模具角度有关，尤其是模具内切角的影响最大，等效应变的增加值是模具的特征参数，给出了不考虑摩擦条件，经次挤压后累积等效应变公式式式中累积等效应变兰州理工大学毕业设计论文挤压次数两通道内切角模具拐角两通道外切角模具圆心角。

其中模具圆心角在的范围内变化。

挤压道次挤压道次时等通道角挤压的个重要的参数，对材料的组织和性能有很大的影响，根据累积等效应变式，随着挤压次数的增加，累积的塑性变形量就会越大。

人们通过对铜铝等金属的挤压实验，发现在前几道次加工后晶粒的细化效果比较明显，相应的材料的硬度上升的较快，其中第道次变化比较明显，以后各道次的变化减弱，当达到定的道次后，再增加挤压次数，晶粒的几何尺寸和纵横比基本保持不变，但是，晶粒间的位向差随挤压次数的增大而增大，大角度晶界随挤压道次逐渐增加。

这些现象的产生是和变形过程中位错的增殖湮灭及回复作用是密不可分的。

挤压道次较少，变形量不大时，位错密度较小，同时金属内积聚的内能较小，回复作用不明显，位错增殖的速度大于位错湮灭的速度，所以总的来说，位错密度增大，晶粒细化效果明显。

当达到定挤压道次时，变形程度较大，位错的增殖和湮灭达到了动态平衡，同时储能增加而使回复作用明显，晶粒的大小和纵横比已不随道次增加而增加了。

但由于剪切过程中，晶粒继续转动，位向差增大，使大角度晶界数持续增加。

挤压路径在工艺路线的研究中，学者提出了四种主要的挤压工艺路线，如下图所示兰州理工大学毕业设计论文图挤压工艺路线示意图即路线为每道次挤压后，试样不旋转，直接进行下道次挤压路线为每道次挤压后，试样按交替旋转进行挤压路线为每道次挤压后，试样按同方向旋转进入下道次路线为每道次挤压后，试样旋转后，进入下道次。

可见，路径连续两次挤压时棒材的旋转方向相反，而路径连续两次挤压时棒材始终沿同方向旋转，所以在多道次挤压后路径要比路径获得较大的累计应变，但在相同的的挤压次数后路径比路径的晶粒细化效果要好。

挤压温度由于些金属及合金塑性变形能力差，特别像镁这种密排六方晶体结构的金属，滑移系少，晶粒之间应变协调性差，导致加工过程变形抗力大。

在这种情况下，适当的提高挤压操作时温度有利于挤压过程的顺利进行，从而获得理想的等轴大角度超细晶。

但是，随着挤压温度的升高，晶粒长大的倾向也增加，这又与人们对材料显微组织的性能要求产生了矛盾。

人们对挤压温度的影响做了些实验研究。

在对形状记忆合金的等径角挤压实验中发现挤压时，在道次范围内，最大挤压力随挤压道次的增加而增加，当超过个挤压道次后，无法进行挤压。

挤压温度上升到或更高温度，挤压可以继续进行。

产生这种现象是由于加工硬化和回复再结晶共同作用的结果条件下加工硬化明显，更高温度时，回复再结晶造成的软化抵消了加工硬化效果，同时，由于回复再结晶作用，在较高温兰州理工大学毕业设计论文度挤压时，试样硬度并不定随挤压道次增加而始终上升，其硬度随挤压道次变化曲线在道次时出现下降。

从热力学角度来讲，在挤压变形过程中，如果温度越高，金属中原子内能越高，原子热运动也就越剧烈，处于高自由能状态的金属向低自由能状态转变的趋势越大，对显微组织的影响表现为晶粒尺寸明显增大，在力学性能上表现为屈服强度的降低。

挤压速度为剧烈，由变形和摩擦做功所产生的热量无法短时间内被周围环境吸收，只能以温度提升的形式表现出来。

材料热能提升从定程度上表示该区域能量的提升，而连续动态再结晶中晶粒转动，位错移动，晶粒长大均需要能量。

因此能量高的区域有利于再结晶现象的发生和进行。

因此处首先发生再结晶现象，并且再结晶程度最高，处次之，处再结晶发生时间为三处中的最后个，其程度也必然小于和处。

兰州理工大学毕业设计论文工艺参数对成形过程的影响挤压路径对的影响挤压路径对温度的影响表不同模具角度不同路径道次试样最高温度度度由上表可知挤压路径不同，试样在挤压的过程中受到的剪切方式不样，内部累积的能量和等效应变不样，当能量以温升的方式表现出来后，就使不同路径下挤压的试样表现出不同的温度。

表中得出方式挤压试样温升最大，说明内部累积应变越多，越容易发生再结晶，晶粒细化效果可能会越好，而这点也被表所验证模具各路径和道次的温度均大于时的温度，说明了模具会对试样做更多的变形功，塑性变形更加剧烈，温升更加明显。

挤压路径对等效应变和应力的影响表不同路径道次挤压后的等效应变度等效应变度等效应变上表表示了试样沿路径路径路径和路径进行道次挤压模拟实验后的等效应变。

从这些数值可以看出，不同加工路径的最大等效应变值相差不兰州理工大学毕业设计论文是很大。

路径使试样产生大地应变进而有利于晶粒的细化，这与表结论致。

挤压速度对的影响表不同挤压速度对等效应变和等效应力的影响等效应变等效应力从上表可以看出挤压速度对应变应力的影响不大，但是在低速挤压时有利于非平衡组织的恢复，更多的位错被晶粒吸收，使得材料的微观组织更均匀。

所以低速挤压后的材料具有更好的稳定性，在综合考虑生产设备的前提下，为了提高挤压效率，可以适当的提高挤压速度。

挤压道次对的影响挤压道次对行程载荷曲线的影响图路径道次挤压行程载荷曲线挤压道次对等效应变的影响表模具角路径各道次的等效应变等效应变兰州理工大学毕业设计论文由表可以看出，随着挤压道次的增加，试样内部经受的等效应变越来越大，即材料内部的变形更大，直观来看组织的细化程度更高。

但从晶粒间的位向差出发，它随挤压道次的增大而增大，大角度晶界逐渐增加，这个现象是由塑性变形过程中的位错增值湮灭及回复作用产生的。

变形不大时，位错密度较小，金属内积聚的内能也较小，这时期位错湮灭速度要小于增值速度，回复作用不是很明显，从总的效果看位错在增加，位错密度大，晶粒细化作用明显。

但当变形量达到定程度后，位错的增值和湮灭速度达到动态平衡，同时随着内能的增加，回复作用逐渐明显，再挤压时晶粒尺寸基本保持不变。

模具角度对的影响为了研究模具角度对等径角挤压过程的影响，在模拟时分别采用和的模具内角进行模拟分析。

如表所示，模具变形区的最大挤压力分别为最大等效应变分别为最大等效应力分别为，。

由此可见模具的等效应变约是模具的倍，等效应力约是模具的倍，负载是的倍，表明当模具内角为时，材料的变形抗力增加，所需的挤压力较大。

表路径下道次挤压载荷等效应变等效应力与模具角度的关系模具角度挤压载荷等效应变等效应力温度由上表可知不同角度模具挤压的试样横截面上的应变应力的分布都是不均匀的，根据等径角挤压原理可以知道模具转角靠近下模模壁处产生的等效应力最大，所以材料经过次挤压后其内部晶粒大小的分布也应该是不均匀的。

另外，虽然可以通过具有大角度值的模具挤压多次后达到较大的应变量，但通常并不能产生系列的超细晶粒组织。

因此，在模具强度和挤压设备能够满足要求的情况下，为了提高细化效果和加工效率，与的模具相比，应尽量采用内角为的模具进行多次挤压。

对于变形抗力较大的材料，可选用较大角度的模具。

且用小角度的兰州理工大学毕业设计论文模具挤压时，材料充满模具，不易行程变形死区，大角度模具会在转角处形成变形死区，使部分材料不能受到有效的剪切变形。

从表中还可以得出，模具内角越小，材料的变形能越大，温升越快，可以获得较好的晶粒化效果。

当模具角度较大时，材料边界层产生与中间层不同的应变过程，可以推断，此时的材料组织沿横断面产生较大差异，说明模具角度较大时虽然有利于挤压的进行，但是不利于超细晶组织的形成和材料均匀性的提高。

挤压过程材料的微观组织演变路径对微观组织的影响兰州理工大学毕业设计论文图模具路径挤压变形初期微观组织模拟结果由上图可以看出挤压初期，挤压件的各部分晶粒尺寸的变化情况。

横坐标表示晶粒尺寸的数值，单位为纵坐标表示晶粒数目。

从图中可以看出头部处晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为，相对于初始晶粒明显减小。

这是由于在挤压加工初期，挤压件的头部先进入通道转角部位，产生剧烈的剪切塑性变形，此剧烈变形提供的能量导致该区域材料高度的位错缠结，相互缠结的位错间存在较大的应力场，根据低能位错结构理论，这些位错会相互作用并重新排列，形成亚晶结构。

而形成的亚晶界会进步演化为小角度晶界和大角度晶界，引起了动态再结晶，从而细化了晶粒。

挤压件尾部处晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为。

该处以以上的粗大晶粒为主，只在少数局部区域存在晶粒尺寸较小的晶粒。

在处的挤压件，由于背压的作用，受到了个较小的径向应力，所提供的能量引起的位错缠结也较低，所以只有少数动态再结晶现象发生。

图模具路径挤压变形初期微观组织模拟结果相应的头部处的晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为尾部处的晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为。

兰州理工大学毕业设计论文图模具路径挤压变形初期微观组织模拟结果头部处的晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为尾部处的晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为。

图模具路径挤压变形初期微观组织模拟结果头部处的晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为尾部处的晶粒尺寸范围为，其平均晶粒尺寸约为。

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