【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)集成大應變技術,并以Deform-3D有限元分析為指導,分析模具型腔不同結構參數(shù)對加工材料的影響,并優(yōu)化模具型腔結構參數(shù)。依照實驗室現(xiàn)有條件設計模具結構和加工工藝制造模具。使用實驗室現(xiàn)有的擠壓態(tài)7075鋁合金和自主熔煉、擠壓的超高強鋁合金Al-8.72 Zn-2.06 Mg-1.2 Cu-0.218 Zr-0.022 Sr為實驗對象,通過研究不同加工階段各個方向的微觀組織、力學性能和抗腐蝕性能,分析擠壓-C方式ECA集成大應變技術對鋁材組織和性能的調控。具體研究工作和相關結果如下:(1)運用Deform-3D對擠壓-C方式ECA集成大應變技術進行了數(shù)值模擬與參數(shù)優(yōu)化。結果表明: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,工件獲得的等效應變增大,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°可以實現(xiàn)高效、連續(xù)、平穩(wěn)的擠壓-C方式ECA集成大應變加工。(2)成功設計制造出擠壓-C方式ECA集成大應變加工模具,并成功實現(xiàn)了連續(xù)推擠式擠壓-C方式ECA集成大應變加工。(3)研究了7075鋁合金經過擠壓-C方式ECA大應變加工及后續(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理。結果表明:7075鋁合金經過擠壓-C方式ECA大應變加工-固溶處理后,三個方向晶粒尺寸均有細化,晶粒細化程度YXZ,同時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鋁合金經過擠壓-C方式ECA大應變加工-固溶-時效后,合金延伸率從10.17%提升到15.82%,相比上升55.59%。但是抗拉強度相比下降9.6%,合金強度降低主要是因為位錯強化和低角度晶界強化貢獻下降以及時效固溶強化貢獻下降;合金硬度上升,電導率保持不變,硬度和電導率表現(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)超高強鋁合金Al-8.72 Zn-2.06 Mg-1.2 Cu-0.218 Zr-0.022 Sr經過擠壓-C方式ECA大應變加工及后續(xù)熱處理下各變形階段各個方向的組織性能及各向異性和變形機理。結果表明:超高強鋁合金經過擠壓-C方式ECA大應變加工-固溶后,各個方向都發(fā)生動態(tài)再結晶,均出現(xiàn)較多的等軸晶,X方向和Y方向結晶程度高于Z方向,合金經過不同階段,合金內部織構得到改善,最終三個方向上微觀組織差異性較小,有效的改善了晶粒各向異性;超高強鋁合金經過擠壓-C方式ECA大應變加工-固溶-時效后合金硬度基本保持穩(wěn)定或上升,且各向異性不明顯;合金電導率無明顯變化;合金延伸率大大提升,達到13.45%,相比原始狀態(tài)提升49.4%;合金強度降低主要是因為位錯強化和低角度晶界強化貢獻下降;超高強鋁合金經過擠壓-C方式ECA大應變加工-固溶-時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集成大應變技術,對7075鋁合金和超高強鋁合金進行了實驗,不僅有效細化晶粒和調控組織晶體取向,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。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21
【圖文】：

試樣在高壓力高速旋轉沖頭的扭轉作用下產生摩擦力和剪切力，在兩種力的的共同作用下試樣獲得非常大的塑性變形，積累較大的應變量，從而制得超細晶材料。其原理圖如圖1.1（d）所示。目前，高壓扭轉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，細化程度最低。到目前為止，高壓扭轉法已經成功地制備了鈦、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，因此高壓扭轉法的產業(yè)化應用也受到限制。1.2.5 反復折皺壓直法（RCS）反復折皺壓直法[28]是通過剪切變形的方法將材料進行折皺-壓直，由于在加工過程中也不會改變材料橫截面的形狀，因此可以多次反復進行，最終工件獲得較大的塑性變形，獲得較大應變量，從而細化晶粒。原理如圖1.l（e）所示。由于加工工藝復雜

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)缺點壓加工過程中，被加工金屬在塑性變形區(qū)處于強烈的三向壓應力狀有效壓合材料在鑄造中留下的疏松、氣孔和細化雜質。這有利于提變形能力，提高制品的質量，獲得大的塑性變形和應變量從而改善和性能。擠壓加工技術不僅能提高生產效率、獲得較高尺寸精度、加工產生大量的切屑浪費金屬原材料，而且還能加工復雜形狀零件學性能提升、擴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生產出來的鋁合金擠壓材存在著剪切應變小且方向單程度低、對材料晶體取向調控能力差等不足，導致：鋁合金擠壓材

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

【參考文獻】

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本文編號：2790106