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闭塞式双通道等径角挤压Al-Zn-Mg-Cu合金变形规律及组织性能研究

易成坷  
【摘要】:双通道等径角挤压工艺(DECAP)是由经典大塑性变形法——等径角挤压工艺(ECAP)衍生而来,本课题将闭塞式浮动凹模技术应用在DECAP中,开发了闭塞式双通道等径角挤压工艺(O-DECAP)。借助有限元模拟软件Deform-3D对比了三种工艺的特点及优缺点;采用实物网格法和模拟网格详细分析了各工艺的变形过程,ECAP工艺剪切变形区约占70%,O-DECAP工艺剪切变形区占40%,伸长变形区占28%。对试样均匀性的研究结果表明DECAP存在4种变形区,多道次挤压中应变的分布不仅与试样的旋转方式有关,还与试样的放置方向有关,在3、4道次采用“I+E”的方式放置方式制备的试样均匀性最优。针对挤压过程中试样易开裂的问题,研究表明挤压温度是主要影响因素,增大转角圆角不利于降低开裂倾向。Al-Zn-Mg-Cu合金作为轻质高强的结构材料,应用广泛。大塑性变形工艺(SPD)可以显著细化晶粒,改善合金相的形态与分布,近年来各国学者通过SPD工艺对铝合金开展了大量研究。本课题设计了O-DECAP工艺的模具,在350℃下对铸态X3铝合金开展A路径的挤压实验,通过对挤压后的试样进行力学性能测试、显微组织观察、X射线衍射分析,探究O-DECAP工艺对铸态X3铝合金组织和性能的影响规律。最后对大塑性变形后的试样进行固溶时效处理,验证了大塑性变形后通过热处理可以进一步提高材料性能。显微组织观察结果表明,O-DECAP工艺可以显著细化晶粒,大塑性变形后晶粒尺寸从初始的98μm细化到10μm以内,第二相粒子更加细小弥散。XRD测试结果表明,铸态X3合金位错密度为2.458?10~(13)m~(-2),微晶尺寸为74.8nm,四道次挤压中随着挤压道次的增加,位错密度先升高又下降,二道次挤压后达到最大值;微晶尺寸先下降又略有增大,第二道次最小(30.3nm)。力学性能测试表明,一道次挤压后4个变形区内的试样强度提升的程度不同,应变大的区域强度提升较多;1、2、4道次后剪切变形区内的金属相对于铸态初始样强度提升的幅度分别为:25%、73.9%、83.6%。铸态初始样经一道次挤压后再进行固溶时效处理,抗拉强度达到771MPa,比铸态初始样提升了187.7%,大塑性变形+热处理工艺比只进行热处理或只进行大塑性变形在提升X3铝合金强度方面具有巨大的优势。


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