本文關鍵詞：銅、鋁及銅—銀合金ECAP變形行為的研究

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【摘要】：等通道轉角擠壓技術(equal channel angular pressing,簡稱ECAP)作為大塑性變形方法的一種,能夠有效地制備出致密性良好的塊體超細晶材料,目前已成為國內外研究的熱點。Cu-Ag合金因其良好的強度和優(yōu)異的導電性能受到廣泛的關注,但傳統(tǒng)的冷軋、冷拔等工藝往往會導致其原有材料的尺寸減小,等通道轉角擠壓技術正好可以彌補這一點。為此對Cu-Ag合金進行ECAP擠壓實驗,從微觀結構和力學性能上分析ECAP變形對Cu-Ag合金的影響。利用計算機數值模擬方法可以從應力應變分布情況等方面分析變形材料擠壓后的狀態(tài),研究材料受力情況和ECAP工藝因素對其變形均勻性的影響,為后續(xù)ECAP研究提供理論基礎。本文為方便設置模擬時材料的參數,選用和Cu-Ag合金同為FCC金屬結構的純金屬銅和鋁作為研究對象,分析ECAP中工藝因素(擠壓路徑及模具內角角度)和摩擦、背壓條件對材料變形均勻性情況的影響。本實驗成功地實現了室溫下銅銀合金的A路徑ECAP擠壓1~4道次變形。通過光學顯微鏡、掃描電鏡、力學拉伸測試、顯微硬度測試等實驗儀器和實驗手段,分析研究試樣的顯微組織特征和其演變規(guī)律及力學性能。主要研究結果:縱截面和橫截面均表現出微觀組織的細化現象,內部Cu-Ag共晶組織由顆粒狀變成纖維狀。經過ECAP之后,合金主滑移面發(fā)生變化,由(220)變?yōu)?111),其它滑移面強度處于不斷變化的狀態(tài),說明材料內部組織的取向并不單一。銅銀合金經4道次的ECAP擠壓變形后,力學性能發(fā)生了很大變化:顯微硬度由原材料的64.92 HV增加到191.4 HV;抗拉強度由原材料的323.42MPa迅速增加到533.07 MPa;延伸率在ECAP擠壓后有大幅度的下降,由原材料的19.4%一直降到12.6%,但1道次后下降幅度最大,之后出現緩和,即多道次的ECAP擠壓能夠緩解材料塑性變形時的加工硬化現象。本文利用有限元軟件DEFORM-3D對純銅和純鋁在不同變形工藝(A、Ba、Bc路徑和75°、90°、115°模具內角)下的受力情況進行模擬發(fā)現,材料在變形過程中的載荷變化不受擠壓路徑的影響,但會隨變形角度的增加出現變小變緩的情況。材料經三種路徑變形后,在Bc路徑下表現出最好的變形均勻性,且隨著擠壓道次的增加等效應變的梯度減小,材料整體的變形均勻性升高。本文設置了不同的摩擦因數(0、0.05、0.1)和背壓值(0、30MPa、50MPa),對純銅在ECAP變形過程進行模擬,得出結論:增大摩擦有利于材料充分變形,晶粒細化程度增大,但造成等效應變分布出現明顯的梯度變化,導致材料整體的變形均勻性下降。施加背壓能有效提高材料的應變速率,有利于提高材料的變形均勻性。
【關鍵詞】：等通道轉角擠壓技術 純銅 純鋁 銅銀合金 變形均勻性
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG379
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超細晶材料及其制備方法11-12
• 1.3 大塑性變形方法12-16
• 1.3.1 等通道轉角擠壓技術12-14
• 1.3.2 高壓扭轉法14-15
• 1.3.3 多向鍛造法15
• 1.3.4 累積軋制法15-16
• 1.4 ECAP技術的研究現狀16-22
• 1.4.1 影響ECAP過程的因素17-20
• 1.4.2 ECAP過程的數值模擬20-21
• 1.4.3 ECAP的其他研究21-22
• 1.5 課題的意義及研究內容22-24
• 第2章 實驗材料及實驗方法24-29
• 2.1 實驗方案設定24-25
• 2.2 實驗設備與試樣制備25-27
• 2.2.1 ECAP模具25
• 2.2.2 實驗裝置25-26
• 2.2.3 試樣制備26-27
• 2.3 實驗結果測試方法27-29
• 2.3.1 金相組織觀察27
• 2.3.2 宏觀取向測定27
• 2.3.3 微觀結構分析27-28
• 2.3.4 力學性能測試28-29
• 第3章 Cu-Ag合金的ECAP實驗研究29-37
• 3.1 Cu-Ag合金ECAP組織演化29-31
• 3.1.1 X面組織特征29-30
• 3.1.2 Y面組織特征30-31
• 3.2 Cu-Ag合金SEM組織觀察31-32
• 3.3 Cu-Ag合金XRD宏觀取向演化32-33
• 3.4 Cu-Ag合金力學性能33-35
• 3.4.1 抗拉強度與顯微硬度33-34
• 3.4.2 伸長率變化34-35
• 3.5 Cu-Ag合金變形機理分析35
• 3.6 本章小結35-37
• 第4章 受力與變形均勻性模擬研究37-48
• 4.1 DEFORM-3D軟件簡介37
• 4.2 ECAP多道次擠壓有限元模擬37-38
• 4.3 ECAP受力情況模擬38-44
• 4.3.1 載荷分析38-40
• 4.3.2 等效應力的分析40-43
• 4.3.3 等效應變的分析43-44
• 4.4 材料變形均勻性模擬44-46
• 4.5 本章小結46-48
• 第5章 摩擦與背壓對ECAP影響48-56
• 5.1 計算模型的建立48
• 5.2 摩擦對ECAP的影響48-53
• 5.2.1 摩擦與擠壓載荷的關系48-49
• 5.2.2 摩擦對等效應力、應變分布的影響49-51
• 5.2.3 摩擦對微觀組織的影響51-53
• 5.3 背壓對ECAP變形過程的影響53-55
• 5.3.1 應變速率分析53-54
• 5.3.2 應變分布均勻性分析54-55
• 5.4 本章小結55-56
• 結論56-57
• 參考文獻57-64
• 致謝64-65
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄65

【參考文獻】

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本文編號：1121138