【《等通道转角挤压工艺研究的国内外文献综述》2800字】

等通道转角挤压工艺研究的国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u28369等通道转角挤压工艺研究的国内外文献综述 143321.1等通道转角挤压工艺原理 1281301.2等通道转角挤压工艺参数 141881.3等通道转角挤压工艺发展趋势 51.1等通道转角挤压工艺原理等通道转角挤压原理如图1.5所示：ECAP模具由两个截面积相等通道组成，如图所示，内模角为Φ，外模角为Ψ，试样受到冲头的挤压作用在模具拐角处通过两个通道，此时试样受到45°方向的剪切应力，使拐角处材料局部产生大的剪切应变。由于试样和模具有着一样的截面积，所以可以通过反复的挤压使试样的应变量随着挤压次数的增多逐渐累积，以得到足够大的总应变，达到细化晶粒的目的。图1.5等通道转角挤压工艺原理1.2等通道转角挤压工艺参数根据Iwahashi[20]等的理论，在充分润滑试样与模具内壁后，等通道转角挤压所累积的总应变大小取决于挤压次数N、以及模具内模角Φ和外模角Ψ的大小，即（1.1）式中为ECAP变形过程中累积总应变量，N为挤压次数，Φ为内模角，Ψ为外模角。可见，ECAP过程中试样所累积应变量主要受到挤压道次以及模具参数的影响。此外，变形路径、挤压速度、挤压温度以及试样与模具内壁之间的的摩擦状态等对ECAP过程都会产生一定的影响。(1)模具参数ECAP模具通道的内模角Φ和外模角Ψ对所累积的总应变量有着重要影响，应变量累积和等效应变的均匀性也会随着不同的内外模角配合而变化。想要得到晶粒大小均匀且细小的组织需要设计更合理的模具参数。在ECAP的过程中，单道次等效应变的增加值可以作为模具的特征参数，且随着内模角Φ与外模角Ψ的变化而变化。单道次的应变量随内模角Φ、外模角Ψ的变化如表1.1所示。表1.1单道次应变量随模角Φ、Ψ的变化0°10°20°30°40°45°50°60°70°80°90°90°1.1551.1001.0551.0160.9830.9690.9570.9350.9200.9100.907120°0.6670.6500.6350.6220.6130.6090.6070.605135°0.4780.4700.4620.4570.4540.453150°0.3090.3060.3030.302由上表可以看出，内模角取定值时，随着外模角的增加单道次应变量减小。当为90°时，当从0°增加到90°，应变量从1.155下降到0.907，降低了21.5%；当为120°时，从0°增加到60°，应变量从0.667减小到0.605，降低了5.7%。应变量受内模角的影响程度随着外模角的减小而降低，但应变量随内模角改变而变化的规律仍保持不变。当为20°时，从90°减小到150°，应变量从1.055下降到0.303，降低70%左右。通过对数据的对比分析可见，外模角对于应变量的影响要远大于内模角。Nakashi[22,23]等人进行了角为90°，112.5°，135°，157.5°模具的纯铝挤压实验，发现角为90°时试样应变量最大，晶粒的细化效果最好，同时挤压后的试样中有大量的大角度晶界。当内模角相对较小时，只要应变量足够大，都会有大角度晶界出现；而内模角较大时，即使挤压道次足够多，也难以大角度晶界。外转角半径R太小产生死区，R值越大应变和变形量越小，但是减小了模具磨损和表面裂纹。(2)挤压路径以试样在ECAP过程中连续两道次挤压之间旋转方向和角度的不同为依据将ECAP挤压路径分为以下4种[24,25]：在进行1道次挤压后，试样直接进行下一道次挤压的路径，定义为路径A;在进行1道次挤压后，进行下一道次挤压前将试样旋转90°，在第3道次挤压前将试样沿着相反的方向旋转90°，第4道次再沿着相反的方向旋转90°，依此类推，定义为路径BA;每道次挤压后，试样沿同一方向旋转90°后进入下一道次挤压的路径，定义为路径BC;在进行1道次挤压后，试样旋转180°后再进行下一道次挤压的路径，定义为路径C，如图1.6所示。图1.6等通道转角挤压路径图在Φ=120°时，PranGell等[26]研究了采用不同的挤压路径对镁合金进行ECAP挤压对晶粒细化的影响，得出以下结论：在采用路径A进行挤压时，达到了最好的晶粒细化效果，其次是路径BC和BA，路径C的晶粒细化效果最差。(3)挤压道次采用等通道转角挤压工艺可以反复挤压试样从而累积足够大的应变，由公式1.1可知，挤压道次N与累积应变成正比，ECAP过程所累积的总应变量随着挤压道次的增加而增大，试样内部产生的剪切应变逐渐增加，晶粒细化程度增加。但Chang等人[27]通过99.9%纯度Al进行ECAP发现随着应变量增加，晶粒的几何形状和高宽比基本保持不变，但随着应变量的增加大角度晶界并没有明显的增多。也有很多学者[28,29]认为ECAP过程主要第1道次对晶粒细化程度以及材料力学性能产生影响。大量实验表明，材料ECAP挤压至8-12道次会得到相对更好的晶粒细化效果，ECAP高纯铝的硬度值在进行3至4道次的挤压后达到饱和。吴跃[30]在350℃的条件下对7075铝合金试样采用路径A进行不同道次的ECAP挤压后，对试样进行显微组织观察发现；在进行ECAP后7075铝合金试样晶粒细化效果较为明显，在1道次挤压后晶粒尺寸细化至26μm，2道次挤压后晶粒尺寸细化至20μm，4道次挤压后晶粒尺寸细化至16μm，说明随着挤压道次的增加，晶粒逐渐细化。(4)挤压速度大量文献及实验数据表明，挤压速度对高纯铝ECAP过程中晶粒的细化基本没有影响，但采用较低的挤压速度进行ECAP时非平衡组织能够更充分的恢复，能得到更均匀的微观组织，也就是说材料的稳定性会更加优秀。同时晶粒回复的时间在挤压速度较低时会有一定的延长，显微组织更加平衡，外来位错减少[31]。在设备生产能力允许的条件下下，可以适当提高挤压速度，从而提高生产效率。(5)挤压温度在高温下，金属原子所具有的能量较高，在进行塑性变形时，原子的运动十分剧烈，由不稳定的高能量状态变形到稳定的低能量状态的趋势大，由此可见挤压温度对晶粒细化有很大的影响。Yamashita等[32,33]采用路径BC在室温，373K，471K，573K4个不同的挤压温度下对3高纯铝进行ECAP挤压。对实验结果进行分析后发现，随着挤压温度升高晶粒的细化效果变差。同时也发现当高纯铝的ECAP挤压温度高于473K时，会发生大角度晶界转变为小角度的情况。所以在设备能力允许时，高纯铝ECAP过程应在较低的挤压温度下进行。(6)摩擦因数在ECAP过程中，试样与模具内壁之间的摩擦难以避免，摩擦的存在会对ECAP过程中应变均匀性及微观组织产生影响。试样与模具内壁接触部分的摩擦会导致接触部分的材料流动速度降低，从而导致试样两端与模具内壁接触的部分变形比中心部分小，使试样整体各部分受到的剪切应变不均匀，进而导致试样组织不均匀。同时当试样与模具内壁之间的摩擦变大时，ECAP过程所需的挤压力增大，模具承受的应力也会随之增大，会降低设备及模具使用寿命。总结之前的研究结果可以得出，在ECAP过程中，为了使变形死区变小，提高变形均匀性应尽量减少压入通道的摩擦，在挤出通道保留适当的摩擦。1.3等通道转角挤压工艺发展趋势(1)连续ECAP挤压传统的ECAP存在较为明显的缺点，即自动化程度较低，在每个道次的挤压完成后，材料周围多余的部分需要人力去除，同时人工还需手动确定每个道次的旋转角度。因此开发可连续进行的等径角挤压技术是生产效率不断提升的趋势下必然的发展方向。Georgy[34]等人采用连续等通道挤压（ECAP-Conform）方法，将ECAP与Conform技术相结合，高效低耗地制备超细晶粒铝材。图1.7是ECAP-Conform的挤压原理图，试样在旋转轴的凹槽中同时受到来自旋转轴的摩擦力以及来自外部设备的约束剪切力两种力的共同作用。图1.7