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粉末材料等径角挤扭固结成形实验研究 摘要 粉末冶金材料和超细晶材料都是当今材料领域内的重要组成部分。前者具 有传统熔铸工艺所无法获得的化学组成与力学性能，后者表现出超常的物理、 力学性能。但传统粉末冶金工艺通常存在工作环境恶劣、能耗高等问题，并由 于孔隙的存在，使其性能受到影响；而超细晶材料通常只由块体材料来制备。 消除孔隙、改善组织结构，提高材料综合力学性能是粉末冶金技术和塑性变形 工艺的一致目标。本文采用等径角挤扭工艺将材料超细晶制备与粉末塑性加工 技术完美结合。通过一次变形将粉末材料直接固结成超细晶材料，并研究了变 形工艺对其显微组织和力学性能的影响规律，探讨了等径角挤扭过程中的s i c 颗粒分布机理与材料断裂模式。 为了研究粉末材料e c a p t 变形效果，采用相同粉末材料( 3 5 v 0 1 s i c d a 1 ) e c a p 与e c a p t 变形、不同粉末材料( 8 7 5 s i c p a 1 、3 5 v 0 1 s i c d a 1 和纯铝 粉末) e c a p t 变形。并对其组织、性能进行比较分析，获得了组织均匀性、 硬度及其分布、孔隙分布与致密度效果、颗粒团聚情况、压缩性能及扫描断口 等数据与结果。研究发现，e c a p t 对于粉末材料变形均匀性效果理想。1 道次 e c a p t 变形在组织均匀性、硬度及分布、致密效果等方面可以达到2 道次 e c a p 变形效果。8 7 5 s i c d a 1 基复合粉末固结效果最好。材料断口均以大小 不一的基体铝片状断裂为主要特征。铝粉材料由微孔隙处产生裂纹，复合材料 裂纹首先在基体与s i c 之间局部结合较弱的区域萌生；随着侧向拉应力的增 大，裂纹不同程度的向各个方向扩展、长大。 研究颗粒分布情况是变形后最直接有效的变形均匀性分析方法。样方法定 量分析表明：n q = 0 的概率与颗粒团聚直接相关，而n 。耋3 的概率与颗粒团聚 并无直接联系。e c a p t 相比于e c a p 对于颗粒的团聚现象有明显的改善效果。 随着变形的深入，s i c 颗粒分布均匀程度明显改善；应变量的大小与s i c 颗粒 的分布直接相关，在剪切力的作用下颗粒重新排布的能力增强，颗粒分布逐渐 均匀。 关键词：等径角挤扭，s i c p a 1 基复合材料，显微组织，i i n i - - 各日匕e _ , e x p e r i m e n t a ls t u d yo n p r e s s i n ga n d t o r s i o n e q u a l c h a n n e la n g u l a r o fp o w d e rm a t e r i a l s a b s t r a c t p r e s e n t l y p o w d e rm e t a l l u r g ym a t e r i a l sa n du l t r a f i n e - g r a i n e dm a t e r i a l s ( u f g ) a r ei m p o r t a n tp a r t so fm a t e r i a lf a m i l y t h ef o r m e r h a st h eu n i q u ec h e m i c a l c o m p o s i t i o na n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw h i c hc o u l dn o ta c c e s sb yc o n v e n t i o n a l c a s t i n gp r o c e s s t h e l a t t e rs h o w e de x t r a o r d i n a r yp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s h o w e v e r ，t h e r ea r ep r o b l e m si nt h ep o w d e rm e t a l l u r g yi n d u s t r ys u c h a s p o o rw o r k i n gc o n d i t i o n sa n dh i g he n e r g yc o n s u m p t i o n a n di t s m e c h a n i c a l c h a r a c t e r sa r eo f t e na f f e c t e dd u et op o r e si n s i d e t h eu f g a r eu s u a l l yp r e p a r e db y t h eb u l km a t e r i a l s r e m o v i n gi n n e rp o r o s i t y ，r e f i n i n g m i c r o s t r u c t u r ea n d i m p r o v i n g i t sm e c h a n i c a lc h a r a c t e r sa r ei m p o r t a n ta i m s o fp o w d e rp l a s t i c d e f o r m a t i o nt e c h n o l o g y e q u a lc h a n n e la n g u l a rp r e s s i n ga n dt o r s i o n ( e c a p t ) i s an e wt e c h n o l o g yw h i c hc o m b i n e st h et e c h n o l o g yf o rp r e p a r i n gu f ga n dp o w d e r m e t a l l u r g yp r o c e s s i nt h i sp a p e r ，p o w d e rm a t e r i a l sw e r es u c c e s s f u l l yc o n s o l i d a t e d i n t on e a rf u l l yd e n s eb u l km a t e r i a l sw i t hf i n eg r a i n s t h ei n f l u e n c e so fe c a p to n m i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t y o f p o w d e r m a t e r i a l sw e r es t u d i e d a n dt h e d i s t r i b u t i o nm e c h a n i s mo f s i cp a r t i c l ea n dt h ef r a c t u r em o d ew e r ee x p l o r e d t or e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo fe c a p t p r o c e s so nd e f o r m a t i o n ，p u r ea l u m i n u m p o w d e ra n d8 7 5 v 0 1 一s i c 、3 5 v 0 1 一s i c p a ip a r t i c u l a t ec o m p o s i t e sw e r eu s e d a f t e rc o m p a r i n gm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s ，t h ed i s t r i b u t i o n so fg r a i n s ，p o r e s a n dp a r t i c u l a t e s ，a n dt h er e s u l t so fr e l a t i v ed e n s i t y ，m i c r o h a r d n e s s ，c o m p r e s s i o n p r o p e r t ya n df r a c t u r es u r f a c eo ft h es a m p l ed u r i n ge c a pa n de c a p tp r o c e s s i n g w e r eo b t a i n e d t h er e s u l t ss h o wt h a t ，t h ed e f o r m a t i o nu n i f o r m i t yo ft h es a m p l e d u r i n ge c a p ti sg o o d c o m p a r i n gw i t hd e f o r m a t i o nu n i f o r m i t y ，m i c r o h a r d n e s s ， a n dr e l a t i v ed e n s i t y ，i tw a sf o u n dt h a tt h ed e f o r m a t i o ne f f e c to f1s tp a s se c a p ti s a sg o o da st h a to f2 n dp a s se c a p t h ec o n s o l i d a t i o ne f f e c to f8 7 5 v 0 1 s i c d a ii s b e t t e rt h a no t h e rm a t e r i a l s f r a c t u r eo fs i c d a lc o m p o s i t e sa f t e rc o m p r e s s i o nt e s t i sc h a r a c t e r i s t i c so fs e g m e n t so fv a r i o u ss i z e sw h i c ha r ef o r m e db ys t i c k yp o i n to f s i cp a r t i c l e sa n dm i c r o s p o r e s t h em o s te f f e c t i v ew a yt o c o m p a r i n gt h ed e f o r m a t i o nu n i f o r m i t yi st o r e s e a r c ht h ed i s t r i b u t i o no fp a r t i c u l a t e s t h er e s u l t so fq u a d r a ts a m p l i n gm e t h o d s h o wt h a t ，n q = oi sd i r e c t l yr e l a t e dw i t hc l u s t e r s ，h o w e v e rn a 兰3i sn o td i r e c t l y r e l a t e dw i t hc l u s t e r s t h ee c a p tp r o c e s s i n gc o u l da c h i e v em o r eu n i f o r mo f d i s t r i b u t i o nt h a nt h a to fe c a em o r ed e e po ft h ed e f o r m a t i o nm a k em o r eu n i f o r m o fd i s t r i b u t i o n t h es t r a i nc a p a c i t yi s d i r e c t l yr e l a t e dw i t ht h ed i s t r i b u t i o no fs i c p a r t i c u l a t e s ，t h eh i g h e rs t r a i nc a p a c i t ym a k em o r eu n i f o r mo fd i s t r i b u t i o n k e y w o r d s ：e q u a lc h a n n e la n g u l a rp r e s s i n ga n dt o r s i o n ；s i c p a 1c o m p o s i t e s ； m i c r o s t r u c t u r e ；p r o p e r t y 致谢 本研究及学位论文是在导师李萍教授的悉心指导与帮助下完成的。导师渊 博的学识、严谨的治学精神、敢于创新的科学态度和精益求精的工作作风深深 地感染和激励着我；导师追求真理、献身科学、爱岗敬业、宽以待人的崇高品 质深深地教育和鞭策着我。读研期间，无论理论学习、资料查阅、课题选定， 还是小论文审阅、大论文结稿，都倾注了老师大量心血。值此论文完成之际， 谨向老师致以最诚挚的谢意。 特别感谢薛克敏教授，在课题研究中对我的悉心指导与启发鼓励，以及在 生活上给予的细心关怀与热情帮助。薛老师开阔敏捷的思维，对前沿学科的准 确把握对我的学习和科研有很大启发，在整个硕士阶段的学习期间薛老师给予 了很多有益建议和热情帮助。 课题期间，课题组袁宝国老师、土木学院力学实验室的王美芹老师及模具 厂王强老师在实验过程中给予了大力支持，本课题组的刘为、徐迎强、周结魁、 张超、李晓冬、姜华海、徐珂、钱陈豪、江政，同班的唐涛、王少阳、谢晋市 等同窗好友以及无法一一提及的师兄师姐、师弟师妹在实验期间也给予了大力 支持与帮助，在此一并表示感谢! 最后，把最真诚的感谢献给我的父母、家人和女朋友，特别是女朋友王晓 溪在学习生活上无微不至的照顾和关心，他们和我一起走过了生活的酸甜苦 辣，一直在我身边默默地支持和鼓励着我，感谢他们! 深深地感谢所有帮助、关心过我的老师、家人和朋友! 作者：张翔 2 0 1 2 年4 月 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 图1 6 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 - 6 图2 7 图2 8 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图3 11 图3 1 2 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 插图清单 e c a p 模具结构与剪切原理示意图3 挤压路径：a ，b a ，b c ，c 4 挤扭( t e ) 示意图6 挤扭( t e ) i 艺路径7 两种t e 工艺路径的切应变变化趋势7 连续挤扭模型8 实验工艺流程1 1 工艺原理示意图1 1 包套尺寸与实物图1 2 铝粉扫描电镜形貌与s i c 颗粒的粒度分布图1 3 s i c 颗粒高温工艺控制曲线及氧化过程1 4 旋转压扭液压机1 4 三种粉末材料压缩试样实物图1 6 端面实物与截面示意图1 7 混合粉末颗粒扫描电镜初始形貌1 8 变形后试样宏观变形图1 8 正在模具内发生变形的试样照片1 9 e c a p 、e c a p t 试样横截面上测试点位置示意1 9 b 。路径多道次e c a p 变形位置变化示意图一2 0 单道次e c a p 变形不同位置显微组织一2 1 2 道次e c a p 变形不同位置显微组织2 2 3 道次e c a p 变形不同位置显微组织2 2 3 5 0 s i c 。a i 粉末e c a p t 变形不同位置显微组织2 3 8 7 5 s i c 。a 1 粉末e c a p t 变形不同位置显微组织2 4 铝粉单道次e c a p t 变形不同位置显微组织2 4 不同材料e c a p t 变形试样截面显微组织一2 5 不同工艺致密效果比较2 7 不同材料e c a p t 致密效果比较2 7 不同工艺显微硬度比较2 9 不同材料e c a p t 显微硬度比较2 9 图4 5压缩试验变形后试样宏观照片2 9 图4 - 6压缩试验真实应力一应变曲线3 0 图4 7压缩试样的断口31 图5 1两种典型的颗粒分布特征3 3 图5 2颗粒数目读取规则一3 3 图5 3样方曲线与理论曲线验证3 4 图5 4不同工艺条件下单位网格内s i c 颗粒平均值3 5 图5 5 不同位置s i c 颗粒分布样方直观图一3 6 图5 - 6不同工艺s i c 颗粒分布样方直观图3 7 图5 - 7 不同变形阶段取样示意与对应s i c 颗粒分布样方直观图3 8 图5 8e c a p t 过程s i c 颗粒团分布变化趋势3 8 插表清单 表2 1 基体a l 的性能参数1 3 表2 2s i c 颗粒的基本性能参数1 3 第一章绪论 1 1 超细晶( u f g ) 材料 超细晶( u l t r a f i n eg r a i n ，u f g ) 材料是指晶粒尺寸被显著细化达到亚微 米级别( 1 0 p m ) 的材料，其将表现出超常的物理、力学性能，并且金属的屈 服强度、断裂强度、硬度与疲劳强度都会随着晶粒的细化而增大。所以，无论 从实验或者理论的角度来看，都十分有必要研究超细晶金属的影响因素与制备 技术1 ，2 1 。位错运动是多晶体金属发生塑性变形的内在机理，是材料塑性变形 而产生性能改变的一大诱因。晶界因容易被渗入夹杂物质而性能较差，大量原 子错乱排列而形成较高的位能。位错在晶粒内部以孪生或滑移的方式扩展到晶 界时，需要积累更高的能量才能穿越，因此，大量滑移带终止于晶界处。然后 各晶粒间要协调变形，发生多滑移，从而导致位错的互相交叠，位错需要积累 更大的能量才能发生移动，外在表现为金属的变形抗力增高。超细晶( u f g ) 材 料由于晶粒细小而晶界较多，能够有效阻碍位错的运动而提高材料强度等性 能。已经有科学研究表明【3j ，多晶体金属屈服强度和晶粒平均尺寸( 包括亚晶 粒尺寸) 的相互关系可以由h a l l p e t c h 公式确定： l o b2c r o + 尉2 ( 1 1 ) 式中，为屈服强度，印为一确定值，基本上等同于单晶体的屈服强度， d 为平均粒径，k 为一常数，和晶界结构相关。由公式看出，其他参数均与材 料自身性质有关。而通过减小d ( 粒径d - l m m ) 的方法可以用来增大材料的 屈服强度，因此，探求细晶强化的工艺是材料研究领域的一大重要课题。 1 2 粉末固结技术 粉末一般由细小松散颗粒( 粒径d - - - - 1 毫米) 集合而成。金属粉末通常处 于离散状，其性能综合反映了金属本身的性质和单个颗粒的性状及颗粒群的特 性。粉末冶金是一种制取金属粉末、以及采用将金属粉末制备成产品的技术 4 1 。 粉末冶金主要工艺流程为：粉末的制各；原材料的配比与混粉；成形； 固结。粉末材料内部颗粒游离，变形过程中分散的孔隙容易被压实，体积缩 小而密度升高。粉末固结技术是粉末冶金技术的一种，是在低温下通过力的作 用使金属粉末固结的技术，属于冷压成型【5 1 。二十世纪前期，通过固结粉末成 形产品、零件的方法常被用来制备难熔金属。 现代粉末冶金工艺通常被用来制备性能优异，功能特殊的结构功能一体 化材料【6 1 。但传统的粉末冶金技术仍i e t 存在许多不足。首先，成形后材料仍旧 不能完全致密，残留的孔隙仍会严重削弱其产品性能。其次，产品精度较低， 很难实现统一规格的大批量生产。同时，传统工艺流程复杂，工作环境恶劣， 对工人操作技术的熟练性依赖程度较高，并且，通常是高能耗高污染高成本的 工艺。新兴产业技术的飞速发展，需要在节能减排的同时，实现大批量生产加 工统一规格的高性能材料，这要求对技术革新的同时，提高产品性能以及降低 生产周期。这些都迫切需要加大对粉末冶金工艺新技术的探求。粉末由于其自 身的颗粒性与分散性，成形需要很大的能量，考虑到传统工艺采用高温能量供 给存在的种种不足与局限，通过压力配合较低的热能，实现粉末成形，进而获 得理想的致密效果已成为全新的技术创新方向。 早在二十世纪六十年代初期，就开始了研究和开发粉末塑性加工技术，来 适应粉末材料应用于高负荷状况的需求。粉末塑性加工技术的主要工艺流程包 括：粉末原材料的制取；粉末成形；粉末包覆；中低温烧结；塑性 加工变形 】。在继承传统粉末冶金工艺优异性的同时，发扬塑性加工技术的优 势，新兴粉末塑性加工技术有着广阔的应用前景与重大的研发意义。 1 3 大塑性变形法简介 目前，一种“自上而下”( b o t t o m u p ) 获得超细晶( u f g ) 材料的典型方法 大塑性变形法( s e v e r ep l a s t i cd e f o r m a t i o n ，s p d ) uj 将材料超细晶制备与粉末塑性 加工技术完美结合，可以一次实现粉末材料的成形与晶粒的细化。2 0 世纪9 0 年代，俄罗斯科学家v a l i e v 等人发明的s p d 法主要应用于块体金属材料的制 备。他们的研究表明，通过剧烈塑性变形之后的块体金属材料，其内部会产生 尺寸较细小的晶粒( 包括亚微米级别和纳米级别， 1 0 p r o ) ，同时伴随着大角 度晶界比例的增多，而使材料性能发生质的飞跃。从材料塑性变形的机理来分 析，大塑性变形法不同于传统的塑性变形工艺，s p d 法可以使材料得到更大的 剪切变形而不使其破坏，这是传统塑性加工方法( 如冷轧、拉拔等) 所做不到 的。大塑性变形法采用高的压力和剧烈的塑性变形取代高的热能，实现金属内 部的位错堆积与缠结，进而实现细晶强化的目的。 相比于传统的粉末冶金法和超细晶制备技术，通过大塑性变形固结成形的 粉末材料具有孔隙率低、致密度高、材料污染少等特点。这为补充传统粉末冶 金工艺留下的技术空白指明了研究方向，对于节能减排、改善工作环境、提高 工作效率等意义重大【8 13 1 。其中，e c a p 是公认的开发最早、研究最深入最广 泛、应用前景最广阔的典型s p d 法之一。 1 4 等径角挤压( e c a p ) 工艺研究进展 1 4 1e c a p 发展概况与原理 经历了二十余年的发展后，等径角挤压已经成为众多s p d 法中最典型、 最具潜力，也是目前最有前途的技术之一。八十年代初，由前苏联科学家s e g a l 等人首次提出了等径角挤压( e c a p ) 技术( 见图1 1a ) ，其关于钢经历e c a p 变 形后展现出的优异组织性能的报道开创了一个研究新技术的时代。 二十世纪末，俄罗斯科学家v a l i e v 等通过研究发现，通过试样在模具内反 复循环多道次挤压，每道次变形都会在试样内部积累一定量的变形量。变形结 束后，试样内部在充足的剪切变形后，晶粒发生明显细化，达到微米级( og譬守n 口挤压阶段 口t e 阶段 _ e c a p 阶段口变形结束 0 l23 4 n q 图5 7 不同变形阶段取样示意与对应s i c 颗粒分布样方直观图 观察不同变形阶段的微观组织变化情况，并结合不同变形阶段s i c 颗粒样 方分布的比较，可以发现，在单个试样等径角挤扭变形过程中，随着变形程度 的增大，颗粒由开始团聚在较大的基体晶界附近逐渐随着基体晶粒受剪切拉长 而变成链状分布，最后达到基本均匀分布。 可以认为，在变形过程中，变形量的增加有利于颗粒更加离散均匀的分布。 图5 8 为e c a p t 变形过程中颗粒的分布特征。开始变形时，基体铝的晶粒较 为粗大，图中颗粒大多都聚集在晶界周围。而不规则颗粒的不规则团聚导致内 部微孔隙无法闭合。在等径角挤扭变形过程中，材料经历了强烈的静水压力和 剧烈的剪切变形作用，内部形成了大量因被剪切拉长而形成的基体铝晶粒剪切 变形带。s i c 颗粒随着晶界的变迁而移动，沿剪切带呈链状分布。晶粒内部的 位错运动是单道次等径角挤扭的主要变形机制。随着变形的深入，变形量持续 积累。大量产生的位错使其密度持续增大，而位错运动又受制于基体晶界与 s i c 颗粒，进一步堆积缠结，内应力显著增大。晶界不断以胞状结构与亚晶等 形式出现。当变形量进一步积累增大时，基体晶粒不断破碎细化，晶界增多， s i c 颗粒随着晶界的产生和变迁不断发生运动和重排。 一晶界 i i n 基体 n 颗粒 - 扎骧 颥税测聚晶兢弱切变形 颗粒均匀分布 图5 - 8e c a p t 过程s i c 颗粒团分布变化趋势 同时，团聚颗粒也由于强烈的静水压力和剪切变形作用，而发生分裂。部 分以小团聚颗粒形式出现，其余以单个颗粒形式存在。这些变小的颗粒和颗粒 团与基体铝一同填补孔隙的同时，使得分布更加均匀。细小的s i c 颗粒在变形 量积累到一定程度时，将穿过基体晶界，到达基体晶粒内部，使得颗粒分布更 3 8 巧蛎筠历坫0 n仉nc；吼o n 加离散均匀。可知，对于s i c p a 1 基复合材料，等径角挤扭工艺提供的剧烈剪 切变形量，在破碎细化基体晶粒，为s i c 颗粒的重排创造条件的同时，作为一 种强大的驱动力，驱使增强体颗粒在晶界甚至晶内的再分布。 5 5 本章小结 本章通过对3 5 s i c p a 1 基复合材料不同变形位置、不同变形工艺与不同 变形阶段的金相照片进行栅格处理，采用样方法获得其颗粒分布规律，得出以 下结论： ( 1 ) 通过比较1 、2 、3 道次e c a p 和1 道次e c a p t 变形后试样单位网 格内颗粒平均值发现，虬= o 与颗粒团聚直接相关；而由于变形量带来局部颗 粒的适量细化，心兰3 与颗粒团聚并无直接联系。 ( 2 ) 1 道次e c a p 变形后，内角处颗粒分布最为均匀；外角处颗粒分布 均匀性较差，其余位置居中。 ( 3 ) 1 道次e c a p t 变形后，内部不同位置颗粒分布均匀程度接近，说明 e c a p t 工艺相比于e c a p 工艺对于颗粒的团聚现象有明显的改善效果；a = 4 的概率与e c a p 相接近，表现出细小颗粒的分散性分布。 ( 4 ) 颗粒分布均匀程度随着1 、2 、3 道次e c a p 变形量的增加而改善明 显，而2 道次e c a p t 变形后颗粒分布均匀程度与2 道次e c a p 变形相当。 ( 5 ) 随着变形的继续，s i c 颗粒分布均匀程度逐渐改善，尤以挤压阶段 到e c a p 阶段，颗粒分布均匀程度改善最为明显；样方法的定量计算得出，应 变量的大小与s i c 颗粒的分布直接相关，在剪切力的作用下颗粒重新排布的能 力增强，颗粒分布逐渐均匀。 第六章结论与展望 6 1 主要结论 本文成功采用大塑性变形工艺等径角挤扭，将铝粉和s i c d a 1 基复合 粉末材料固结成块体材料。研究了变形材料、变形工艺与变形位置对其显微组 织与力学性能的影响；分析了不同材料的断裂模式；探讨了等径角挤扭过程中 的s i c 颗粒分布机理。主要结论如下： ( 1 ) 粉末材料e c a p 与e c a p t 变形后显微组织观察，结果发现：e c a p t 对于粉末材料变形的组织均匀性效果理想。1 道次e c a p t 变形可以达到2 道 次e c a p 变形效果。e c a p t 变形后，铝的晶粒细化现象明显，s i c 颗粒尖锐 棱角特征得到明显改善。铝粉材料致密效果良好，但仍存在少量微孔隙。 8 7 5 s i c d a 1 基复合材料，粉末固结效果最好。但当体积分数较高时( 达到 3 5 v 0 1 s i c 以上) ，s i c 颗粒表现出明显的团聚现象，并且颗粒之间的微孔隙 难以消除，致密度略低于纯铝粉末材料。 ( 2 ) 对变形后试样的相对密度进行测试，结果表明单道次e c a p t 粉末 变形可以达到2 道次e c a p 粉末变形效果。较低含量s i c 颗粒的加入有利于材 料致密度的提高。 ( 3 ) 对变形后试样的显微硬度进行测试，结果表明单道次e c a p t 粉末 变形不仅可以达到2 道次e c a p 粉末变形所获得的硬度值，同时对不同截面上 的显微硬度分布均匀性也好于2 道次e c a p 变形。随着s i c 颗粒含量的增加， 复合材料显微硬度大幅提高，同时硬度均匀性得到明显改善。 ( 4 ) 室温压缩试验表明，s i c 含量为8 7 5 时，变形后材料抗压强度、屈 服强度最高，压缩性能相比于烧结体铝显著提高；从断口分析可知，基体中的 微孔对材料性能有重要影响。e c a p t 变形后，材料断口均以大小不一的基体 铝片状断裂为主要特征。纯铝粉末材料由微孔隙处产生裂纹，复合材料裂纹首 先在基体与s i c 之间局部结合较弱的区域萌生。随着应力增大，裂纹不同程度 的向各个方向扩展、长大。 ( 5 ) 样方法定量分析发现，虬= o 的概率与颗粒团聚直接相关；而n o 兰3 的概率与颗粒团聚并无直接联系。e c a p t 工艺相比于e c a p 工艺对于颗粒的 团聚现象有明显的改善效果。颗粒分布均匀程度随着1 、2 、3 道次e c a p 变形 量的增加而改善明显。而1 道次e c a p t 变形后颗粒分布均匀程度与2 道次 e c a p 变形相当。随着变形的继续，s i c 颗粒分布均匀程度逐渐改善，尤以挤 压阶段到e c a p 阶段，颗粒分布均匀程度改善最为明显。样方法的定量计算得 4 0 出，应变量的大小与s i c 颗粒的分布直接相关，在剪切力的作用下颗粒重新排 布的能力增强，颗粒分布逐渐均匀。 6 2 展望 将粉末材料、复合材料、大塑性变形工艺结合起来，并对其进行研究在国 内外尚处于起步阶段。本文通过等径角挤扭法虽已将铝粉和s i c p a l 基复合粉 末材料固结成块体材料，获得了显微组织、力学性能与s i c 颗粒的分布机理等 基础性成果，但由于作者时间与水平的限制，仍旧有许多问题需要后续进一步 的研究： ( 1 ) 、本文对等径角挤扭整体工艺对于试样内部的固结变形进行了研究， 得出了一些影响规律；对工艺参数的影响因素还需要后续的深入研究； ( 2 ) 、本文对变形后的试样采用金相观察、力学性能测试和样方法进行分 析研究，对变形机理的深入研究并获得其全面的影响规律仍需要更加深入与充 分的实验研究与理论分析； ( 3 ) 、本文对于试样的粉末材料和包套材料的选择具有一定的局限性，需 要对其他粉末材料的e c a p t 变形行为进行更为全面的研究才能获得更为全面 的粉末e c a p t 变形规律。 4 1 参考文献 1 v a l i e vrz ，i s l a m g a l i e vrk ，a l e x a n d r o viv b u l kn a n o s t r u c t u r e dm a t e r i a l s f r o ms e v e r ep l a s t i cd e f o r m a t i o n j p r o g r e s si nm a t e r i a l ss c i e n c e ，2 0 0 0 ，4 5 ： 1 0 3 18 9 【2 】v a l i e vrz ，l a n g d o ntg p r i n c i p l e so fe q u a l c h a n n e la n g u l a rp r e s s i n ga sa p r o c e s s i n gt o o lf o rg r a i nr e f i n e m e n t 【j p r o g r e s si nm a t e r i a l ss c i e n c e ，2 0 0 6 ， 5 1 ( 7 ) ：8 8 1 9 8 1 【3 】崔忠圻金属学与热处理【m 】北京：机械工业出版社，2 0 0 0 4 乔吉超，奚正平等粉末冶金技术制备金属多孔材料研究进展 j 】稀有金 属材料工程，2 0 0 8 ，3 7 ( 11 ) ：2 0 5 4 2 0 5 8 5 】黄培云粉末冶金原理 m 】北京：冶金工业出版社，1 9 9 7 【6 】王盘鑫粉末冶金学 m 】北京：冶金工业出版社，2 0 0 5 7 】周智勇粉末冶金技术作用和发展研究 j 】消费导刊，2 0 0 7 ，8 ( 10 ) ： 1 9 7 2 0 1 8 vvs t o l y a r o v ，ytz h u ，rzv a l i e v p r o c e s s i n gn a n o c r y s t a l l i n et ia n di t s n a n o c o m p o s i t e sf r o mm i c r o m e t e r s i z e dt ip o w d e ru s i n gh i g hp r e s s u r e t o r s i o n j m a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ，1 9 9 9 ，a 8 2 ( 1 - 2 ) ：7 8 - 8 5 9 】aps h p a k ，vnv a r y u k h i n ，vit k a t c h ，e ta 1 n a n o s t r u c t u r e da 1 8 6 g d 6 n i 6 c 0 2 b u l ka l l o yp r o d u c e db yt w i s te x t r u s i o no fa m o r p h o u sm e l t - s p u nr i b b o n s j m a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，a4 2 5 ：17 2 17 7 1o d o r l o v , y t o d a k a ，m u m e m o t o ，e ta 1 p l a s t i cf l o wa n dg r a i nr e f i n e m e n t u n d e r s i m p l e s h e a r b a s e ds e v e r e p l a s t i c d e f o r m a t i o n p r o c e s s i n g j m a t e r i a l ss c i e n c ef o r u m ，2 0 0 9 ，6 0 4 - 6 0 5 ：171 - l7 8 【1 l 】康志新，彭勇辉，赖晓明等剧烈塑性变形制备超细晶纳米晶结构金属 材料的研究现状和应用展望 j 】中国有色金属学报，2 0 1 0 ，2 0 ( 4 ) ：5 8 7 5 9 8 12 b o g u s t a w aa d a m c z y k - c i e l a k ，j a r o s t a wm i z e r a ，k r z y s z t o fj a nk u r z y d t o w s k i m i c r o s t r u c t u r e si nt h e6 0 6 0a l u m i n i u ma l l o ya f t e rv a r i o u ss e v e r ep l a s t i c d e f o r m a t i o nt r e a t m e n t s j m a t e r i a l sc h a r a c t e r i z a t i o n ，2 0 11 ( 6 2 ) ：3 2 7 3 3 2 13 】s e g a lvm ，r e z n i k o vv i ，d r o b y s h e v k i y a e ，e ta 1 p l a s t i cw o r k i n go fm e t a l s b ys i m p l es h e a r j r u s s i a nm e t a l l u r g y ，1 9 8 1 ，1 ：9 9 - 1 0 5 14 n l u g o ，n l l o r c a ，j j s u n o l ，j m c a b r e r a t h e r m a ls t a b i l i t yo fu l t r a f i n e g r a i n s s i z eo f p u r ec o p p e r o b t a i n e d b ye q u a l c h a n n e la n g u l a r p r e s s i n g j j o u r n a lo fm a t e r i a l ss c i e n c e ，2 010 ，4 5 ：2 2 6 4 2 2 7 3 【1 5 董洪波，黄映霞6 0 6 1 铝合金等通道转角挤压时的流变性能 j 材料热处 4 2 理学报，2 0 1 1 ，3 2 ( 2 ) ：7 0 7 4 【l6 】p e s l a m i ，a k a r i m it a h e r i a ni n v e s t i g a t i o n o nd i f f u s i o nb o n d i n go f a l u m i n u mt o c o p p e ru s i n g e q u a l c h a n n e l a n g u l a r e x t r u s i o np r o c e s s j m a t e r i a l sl e t t e r s ，2 011 ，6 5 ：18 6 2 - 18 6 4 【17 m h p a y d a r ，m r e i h a n i a n ，e b a g h e r p o u r ，m s h a r i f z a d e h ，m z a r i n e j a d ， t a d e a n e q u a lc h a n n e la n g u l a rp r e s s i n g - f o r w a r de x t r u s i o n ( e c a p f e ) c o n s o l i d a t i o no f a 1p a r t i c l e s j m a t e r i a l sa n dd e s i g n ，2 0 0 9 ，3 0 ：4 2 9 4 3 2 【1 8 】任国成，赵国群，徐淑波等a z 3 1 镁合金等通道转角挤压变形均匀性有 限元分析【j 】中国有色金属学报，2 0 11 ，0 5 ，2 ( 4 ) ，8 4 8 - 8 5 5 1 9 】陈彬，林栋棵，曾小勤等挤压和等通道角挤压制备高强度m 9 9 7 y 2 z n l 镁合金 j 】中国有色金属学报，2 0 1 0 ，2 0 ( 4 ) ：6 1 3 6 1 9 2 0 c f g u ，l s t o t h ，c h j d a v i e s e f f e c to fs t r a i nr e v e r s a lo nt e x t u r ea n d g r a i nr e f i n e m e n ti nr o u t ece q u a lc h a n n e la n g u l a rp r e s s e dc o p p e r j s c r i p t a m a t e r i a l i a ，2 011 ，( 6 5 ) ：16 7 - 17 0 2 1 】于彦东，周浩m b l 5 合金等通道转角挤压组织模拟和实验分析 j 中国 有色金属学报，2 0 11 ，2 1 ( 2 ) ：2 9 6 - 3 0 2 【2 2 】a t e fr e b h i ，t h a b e tm a k h l o u f , y a n n i c kc h a m p i o n e ta 1 m i c r o s t r u c t u r e i n v e s t i g a t i o na n dt h e r m a ls t 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