【摘要】：隨著《中國制造2025》的頒布,低成本高性能材料在航空航天、汽車、武器裝備等領(lǐng)域的需求不斷增大。本研究首先提出了擠壓-C方式ECA(擠壓與兩道次ECAP)集成大應(yīng)變技術(shù),并以Deform-3D有限元分析為指導(dǎo),分析模具型腔不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)加工材料的影響,并優(yōu)化模具型腔結(jié)構(gòu)參數(shù)。依照實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)和加工工藝制造模具。使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的擠壓態(tài)7075鋁合金和自主熔煉、擠壓的超高強(qiáng)鋁合金Al-8.72 Zn-2.06 Mg-1.2 Cu-0.218 Zr-0.022 Sr為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過研究不同加工階段各個(gè)方向的微觀組織、力學(xué)性能和抗腐蝕性能,分析擠壓-C方式ECA集成大應(yīng)變技術(shù)對(duì)鋁材組織和性能的調(diào)控。具體研究工作和相關(guān)結(jié)果如下:(1)運(yùn)用Deform-3D對(duì)擠壓-C方式ECA集成大應(yīng)變技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬與參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明:擠壓比增大、模具拐角降低、模具外圓弧角減小、摩擦系數(shù)增大,工件獲得的等效應(yīng)變?cè)龃?最大擠壓載荷呈線性上升;擠壓比為2、模具拐角為120°、外圓弧角為60°可以實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)、平穩(wěn)的擠壓-C方式ECA集成大應(yīng)變加工。(2)成功設(shè)計(jì)制造出擠壓-C方式ECA集成大應(yīng)變加工模具,并成功實(shí)現(xiàn)了連續(xù)推擠式擠壓-C方式ECA集成大應(yīng)變加工。(3)研究了7075鋁合金經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工及后續(xù)熱處理下各變形階段不同方向的組織性能及各向異性和變形機(jī)理。結(jié)果表明:7075鋁合金經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工-固溶處理后,三個(gè)方向晶粒尺寸均有細(xì)化,晶粒細(xì)化程度YXZ,同時(shí)Y方向晶粒等軸性得到改善,不同方向的晶體取向和微觀組織存在一定的各向異性;7075鋁合金經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工-固溶-時(shí)效后,合金延伸率從10.17%提升到15.82%,相比上升55.59%。但是抗拉強(qiáng)度相比下降9.6%,合金強(qiáng)度降低主要是因?yàn)槲诲e(cuò)強(qiáng)化和低角度晶界強(qiáng)化貢獻(xiàn)下降以及時(shí)效固溶強(qiáng)化貢獻(xiàn)下降;合金硬度上升,電導(dǎo)率保持不變,硬度和電導(dǎo)率表現(xiàn)為各向同性;合金在X方向和Y方向上的抗晶間腐蝕性能有所下降但是抗剝落腐蝕性能上升,Z方向抗晶間腐蝕性能沒有變化,抗剝落腐蝕性能下降合金各個(gè)方向上抗晶間腐蝕性能表現(xiàn)出一定的各向異性。(4)研究了自主熔煉、擠壓態(tài)超高強(qiáng)鋁合金Al-8.72 Zn-2.06 Mg-1.2 Cu-0.218 Zr-0.022 Sr經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工及后續(xù)熱處理下各變形階段各個(gè)方向的組織性能及各向異性和變形機(jī)理。結(jié)果表明:超高強(qiáng)鋁合金經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工-固溶后,各個(gè)方向都發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,均出現(xiàn)較多的等軸晶,X方向和Y方向結(jié)晶程度高于Z方向,合金經(jīng)過不同階段,合金內(nèi)部織構(gòu)得到改善,最終三個(gè)方向上微觀組織差異性較小,有效的改善了晶粒各向異性;超高強(qiáng)鋁合金經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工-固溶-時(shí)效后合金硬度基本保持穩(wěn)定或上升,且各向異性不明顯;合金電導(dǎo)率無明顯變化;合金延伸率大大提升,達(dá)到13.45%,相比原始狀態(tài)提升49.4%;合金強(qiáng)度降低主要是因?yàn)槲诲e(cuò)強(qiáng)化和低角度晶界強(qiáng)化貢獻(xiàn)下降;超高強(qiáng)鋁合金經(jīng)過擠壓-C方式ECA大應(yīng)變加工-固溶-時(shí)效顯著提升了合金的抗晶間腐蝕和抗剝落腐蝕性能,最終合金X方向和Y方向抗腐蝕能力基本一致,Z方向提升效果不明顯,體現(xiàn)出一定的各向異性。本文創(chuàng)造性提出擠壓與C方式ECA集成大應(yīng)變技術(shù),對(duì)7075鋁合金和超高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),不僅有效細(xì)化晶粒和調(diào)控組織晶體取向,而且一定程度提升材料硬度和抗腐蝕性能,顯著提升材料塑性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21
【圖文】：

試樣在高壓力高速旋轉(zhuǎn)沖頭的扭轉(zhuǎn)作用下產(chǎn)生摩擦力和剪切力，在兩種力的的共同作用下試樣獲得非常大的塑性變形，積累較大的應(yīng)變量，從而制得超細(xì)晶材料。其原理圖如圖1.1（d）所示。目前，高壓扭轉(zhuǎn)法可制備的樣品尺寸為（12~20）mm ×（0.2~1）mm、晶粒為20-150 nm的薄圓片。高壓扭轉(zhuǎn)法制備的金屬微觀組織有明顯的變化，但變化不均勻，樣品盤中心部位晶粒最大，細(xì)化程度最低。到目前為止，高壓扭轉(zhuǎn)法已經(jīng)成功地制備了鈦、鎳、銅、鋁和鋁合金等材料以及眾多的金屬間化合物。由于高壓扭轉(zhuǎn)法制備材料組織不均勻、只適用于圓盤形狀且不能制備較大塊體材料，因此高壓扭轉(zhuǎn)法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用也受到限制。1.2.5 反復(fù)折皺壓直法（RCS）反復(fù)折皺壓直法[28]是通過剪切變形的方法將材料進(jìn)行折皺-壓直，由于在加工過程中也不會(huì)改變材料橫截面的形狀，因此可以多次反復(fù)進(jìn)行，最終工件獲得較大的塑性變形，獲得較大應(yīng)變量，從而細(xì)化晶粒。原理如圖1.l（e）所示。由于加工工藝復(fù)雜

圖 1.2 擠壓基本原理示意圖Fig 1.2 Schematic diagram of the basic principle of extrusion2 擠壓加工優(yōu)缺點(diǎn)壓加工過程中，被加工金屬在塑性變形區(qū)處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀有效壓合材料在鑄造中留下的疏松、氣孔和細(xì)化雜質(zhì)。這有利于提變形能力，提高制品的質(zhì)量，獲得大的塑性變形和應(yīng)變量從而改善和性能。擠壓加工技術(shù)不僅能提高生產(chǎn)效率、獲得較高尺寸精度、加工產(chǎn)生大量的切屑浪費(fèi)金屬原材料，而且還能加工復(fù)雜形狀零件學(xué)性能提升、擴(kuò)大材料塑性加工的范圍，這些都是其他加工方式不有的擠壓技術(shù)生產(chǎn)出來的鋁合金擠壓材存在著剪切應(yīng)變小且方向單程度低、對(duì)材料晶體取向調(diào)控能力差等不足，導(dǎo)致：鋁合金擠壓材

擠壓-C 方式 ECA 集成大應(yīng)變技術(shù)及其對(duì)鋁材組織性能的調(diào)控1.4.2 等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)加工1.4.2.1 ECAP 原理簡介等通道轉(zhuǎn)角擠壓法技術(shù)原理圖如圖 1.3 所示。試樣放入模具豎直型腔中，過加壓使得材料從側(cè)面型腔中出模，從而一個(gè)道次擠壓工作完成。在這一過程中被加工材料在兩個(gè)通道的相交處會(huì)發(fā)生劇烈變形，從而對(duì)晶粒進(jìn)行細(xì)化，并且料橫截面形狀和尺寸也得到保持，因此，等通道轉(zhuǎn)角擠壓能夠無限多次反復(fù)進(jìn)行使材料獲得非常大的累積應(yīng)變量從而不斷的細(xì)化晶粒[18]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790106