业对高性能材料需求的增加，对技术的研究也由组织分析等基础性研究过渡到加工工艺和力学性能等应用性研究。工艺及应用前景工艺原理该工艺是把润滑良好的坯料圆柱形坯料的长度般为，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，压应力状态。挤压过程试样温度分布开始挤压，试样头部温度升高，温度从头部至尾部逐渐减小，靠近凹模拐角处温度最高，试样挤压至剪切区域，整体温度上升。试样进步受压，部分被挤入第二通道，则与第二通道顶部接触的部位坯料温度为最高，由于传热作用，坯料整体温度有所降低。④挤压快结束时，绝大部分材毕业设计论文循环塑性变形纯铜的温升效应学生姓名胡杰学号专业班级材料成型及控制工程班指导教师丁雨田教授学院材料科学与工程学院答辩日期年月日兰州理工大学毕业设计论文摘要材料的微观组织对其宏观性能具有重要的影响，与普通的粗晶材料相比，纳米和超细晶材料因其独特的微观组织结构而表现出优良的物理化学及力学性能，材料晶粒平均尺寸越小其屈服强度疲劳强度耐腐蚀性冲击韧性塑性和硬度就越高，即细化晶粒是提高材料综合性能最有效的途径之，材料潜在的优良性能可以通过细化晶粒的方法体现出来，因此，寻求能有效细化晶粒的工艺对开发新材料和改善传统材料性能具有重要的意义。在众多晶粒细化方法中，剧烈塑性变形方法作为种以组织控制为目的的塑性加工方法可直接获得亚微晶和纳米晶组织，而等通道角挤压工艺是目前制备高性能块状超细晶材料最有效的剧烈塑性变形方法。工艺的机理是让挤压件产生近似理想的纯剪切塑性变形，累积足够应变使挤压件的晶粒得到细化，它是个多因素耦合作用下宏观变形和微观组织演变交互影响的复杂成形过程。本课题用软件对纯铜的多路径多道次挤压过程进行数值模拟，着重研究挤压过程纯铜的温升效应以及温度等因素作用下微观组织的演变规律，模拟得到试样变形时的金属流动方式各场量的大小及分布规律，工艺参数对挤压结果的影响等，以期得出制备超细晶铜的最佳工艺方案和变形参数，使该方法能广泛地应用于实际。关键字纯铜超细晶有限元模拟温升效应微观组织演变兰州理工大学毕业设计论文固结压实成大尺寸块体材料，如雾化法机械球磨法气象沉积法电沉积法。自上而下法这是通过大塑形变形或非晶晶化等直接制备出三维块体纳米材料，如法。其中雾化法机械球磨法气象沉积法电沉积法非晶晶化法在制备超细晶材料时会产生组织不致密且无法获得大体积的加工试样，而法可制备出组织致密且界面清洁的三维大尺寸超细晶材料，避免了残留空隙对材料产生的不利影响，具有更大地研究和利用价值。剧烈塑性变形方法传统塑性加工方法如室温下的冷轧挤压是通过大塑性变形来优化和细化微观结构，但此种方法加工的材料内部通常存在有低角度位错的晶粒和亚晶粒。而材料经过低温高压下的剧烈塑性变形，材料内部则会出现大角度晶粒边界的超细化微观组织。目前制备块体超细晶材料的法有以下几种等通道角挤压变形法高压扭转法累积轧制工艺反复折皱压直等。其中等通道角挤压法是目前最具市场应用价值的剧烈塑性变形方法。高压扭转法该方法细化晶粒的效率高，可得尺寸仅为几十纳米的超细晶材料。但该方法的缺点在于它制备出的材料在组织上通常是不均匀的，沿径向呈梯度分布，而且在扭转过程中还会发生厚度上的变化，另外加工出的工件尺寸小，需要较高的压力和大功率的设备以及昂贵的模具。累积轧制工艺该工艺是将原来数十微米厚的金属箔相互叠加后反复进行压缩和轧制的剧烈塑性变形方法。该工艺可制备大尺寸纳米级多层金属材料。反复折皱压直工艺该工艺是在不改变工件断面形状的情况下，将工件进行多次反复折皱压直后获得很大的塑性变形，从而使晶粒细化。兰州理工大学毕业设计论文多次锻造法该工艺利用多次锻造的方法形成了大块柱体的微晶结构材料。多次锻造的过程中般伴随着重结晶的动力学，与法主要利用剪切变形获得超细晶结构材料不同的是，多次锻造的特点是通过施加轴向变化的应变载荷锻压材料，多次锻造法已被用来细化许多合金的微结构，如纯钛钛合金。等通道角挤压工艺该工艺由前苏联学者提出，最初用于研究钢在纯剪切变形情况下的结构和微观组织。俄罗斯学者首次用技术制备出有高强度的超细晶金属及合金。目前，技术已在铝及铝合金铜及铜合金钛及钛合金纯铁低碳钢镍等多种材料上得兰州理工大学毕业设计论文第章绪论引言诺贝尔奖获得者在上世纪六十年代曾预言如果我们对物体微小规模上的排列加以种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料性能产生丰富的变化，他所说的这种材料就是超细晶材料。随着科技发展的日新月异，超细晶材料的制备技术经历了从无到有的发展之路，已初具规模并表现出了它独特的价值和市场应用前景，各行各业如国防电子航空化工医药冶金等领域对具有高强度高比强度和高疲劳寿命的超细晶材料表现出了前所未有的需求，同时推动了各国间开发高质量材料的竞争，纵观世界各国，对超细晶材料的研究包括四个方面即制备技术微观结构宏观物性和应用，以上四者中，材料制备技术成为关键，因为超细晶材料的微观结构宏观性能和应用范围取决于材料的制备工艺和过程控制，因此寻求可有效细化晶粒的可控制备工艺至关重要。目前法引起学者的广泛关注和研究，但工艺仍存在些问题急待解决，如尚未找到种最佳的挤压工艺路线和变形参数对成形过程中的宏观变形及微观组织演变规律缺乏深入认识和掌握，使成形质量难以控制，因此，有必要深入研究成形过程中宏观变形和微观组织演变，掌握工艺参数对宏观变形和微观组织演变的影响规律，从而为技术应用于实际生产提供科学的工程实用的依据。随着数值模拟技术的应用，传统的经验设计方法迅速地被更有效的基于模拟的设计方法所代替。本课题以计算机模拟为主，实验室研究为辅，用有限元分析软件，对多道次多路径挤压纯铜试样进行模拟，主要分析变形过程中材料的流动应变应力载荷和温度变化等情况温升效应对微观组织的影响不同变形速度挤压道次挤压途径对变形过结果的影响。本章综述了超细晶材料在国内外的发展情况，超细晶材料的制备方法，工艺及有限元数值模拟技术，在此基础上，提出了本文的选题目的和意义，确定了本文的主要研究内容。兰州理工大学毕业设计论文超细晶材料的制备方法三维块体超细晶材料制备方法般分为自下而上法，和自上而下法两大类。自下而上法即先生成纳米或亚微米尺度的颗粒或粉末，然后通过加压烧结等方法将其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