二次变形对等径弯曲通道变形的工业纯钛性能的影响

本文利用上界定理计算等径弯曲通道变形(ecap)的挤压力,为ecap的模具设计、挤压力的计算提供了一种可行的方法

采用模角φ=120°的模具，以bc方式（两次挤压道次之间试样绕纵轴沿同一方向转动90°进行下一道次挤压）在室温下成功实现了工业纯钛8道次等径弯曲通道变形（ecap），对挤压过程中各道次试样的微观结构及性能进行了分析测试．结果表明：工业纯钛经8道次ecap变形后，抗拉强度由407mpa升高到791mpa；显微硬度由1588mpa升高到2641mpa；并保持良好的塑性，伸长率为19％．

采用模角φ=120°的模具,以bc方式(两次挤压道次之间试样绕纵轴沿同一方向转动90°进行下一道次挤压)在室温下成功实现了工业纯钛8道次等径弯曲通道变形(ecap),对挤压过程中各道次试样的微观结构及性能进行了分析测试.结果表明:工业纯钛经8道次ecap变形后,抗拉强度由407mpa升高到791mpa;显微硬度由1588mpa升高到2641mpa;并保持良好的塑性,伸长率为19%.

研究了室温下c方式等径弯曲通道变形(ecap)对超低碳钢组织及性能的影响。结果表明:第1道次ecap变形后,组织细化效果最显著;随变形道次的增加,组织由取向差小的板条状亚晶演变成取向差大的等轴晶;第4道次ecap变形后,晶粒平均尺寸约0.3μm;变形道次继续增加,晶粒尺寸变化不显著,而晶粒取向差不断增大。这表明第4道次ecap变形为超低碳钢细化极限;ecap变形可大幅度提高超低碳钢的强度,并保持较高的塑性。

等径弯曲通道变形(equalchannelangularpressing简称ecap)由于能直接制备块状超细晶材料而备受关注。通过对工业纯铝的ecap变形过程进行有限元数值模拟,获得了变形过程的载荷变化规律和等效应变分布规律,并用坐标网格法对模拟结果进行了实验验证。在摩擦条件下,试样中区下表面的等效应变最大,至上表面处等效应变为最小。而在无摩擦理想情况下,其等效应变分布恰好相反,这可能是由于试样在ecap变形过程中所受应力场和应变场的不同引起的。

具有全珠光体组织的65mn钢在650℃以c方式等径弯曲通道变形(ecap)后,珠光体组织中的渗碳体片层以周期性的弯曲变形、周期性的剪切变形、剪切断裂等形式协调ecap的强烈塑性变形.渗碳体表现出很强的塑性变形能力,在其内部导入了大量的晶体缺陷,为渗碳体的球化打下了能量基础.变形五道次后,片层状的珠光体组织演变成了超细的渗碳体颗粒均匀分布于铁索体基体的组织.铁索体基体为均匀的等轴晶,平均晶粒大小为-0.3μm.渗碳体的球化可能以两种机制进行:破碎渗碳体片的非均匀长大(ostwald熟化)和细小球状渗碳体颗粒的形核长大.

用等径弯曲通道变形(ecap)的方法制备出超细晶铝合金材料,并研究了在不同道次条件下其显微组织的演化过程.研究表明,随着强烈塑性变形的增加,显微组织中开始形成大量晶粒尺寸小于1μm的位错胞组织,当其晶界取向差增大时,亚晶粒变为越来越细的板条状组织.当经过8道次ecap变形后,晶粒尺寸由变形前的约50μm细化为约0.2μm.该超细晶铝合金材料在150℃的退火条件下,其晶粒尺寸稳定在0.2～0.3μm的范围内.在温度为500℃、应变速率为10-3s-1的拉伸实验中,该超细晶铝合金材料的最大延伸率高达370%,呈现出良好的超塑性.

在650℃采用等径弯曲通道变形(ecap)方法对原始组织为层片状珠光体的gcr15钢进行了bc方式的多道次变形。采用透射电镜和洛氏硬度等实验方法,对不同道次下的组织特性和硬度进行了分析。结果表明:冷变形和温变形都能使渗碳体片层发生球化,但一道次温变形情况下渗碳体球化程度明显高于冷变形一道次,硬度值由原始态(层片状珠光体)的42hrc分别降至38hrc(冷变形)、27hrc(温变形),温变形二道次后,铁素体基体接近等轴状,平均晶粒尺寸约为0.4μm,球化完全的渗碳体颗粒粒径约为0.1μm,硬度值由27hrc(温变形一道次)增至32hrc左右。

研究了等径弯曲通道(ecap)变形后45钢中先共析铁素体及珠光体组织的演变特征。结果表明,ecap变形4道次后,片层状的珠光体组织演变成了超细的渗碳体颗粒均匀分布于亚微晶铁素体基体的组织。先共析铁素体由原始的平均晶粒尺寸约为30μm演变为大角度晶界分离的、平均晶粒尺寸约为0.4μm的超细晶组织。ecap变形后,先共析铁素体首先在其内部会形成具有薄片层界面(lbs)的板条位错胞甚至亚晶组织。进一步变形时位错胞或亚晶可继续细化。再进一步变形时通过晶界滑移和晶粒旋转的方式可以获得具有大角度晶界分离的、等轴的超细晶组织。

研究了等径弯曲通道变形az31镁合金的搅拌摩擦焊工艺,对焊缝的成形特点和力学性能进行了分析。试验结果表明,对厚为15mm的等径弯曲通道变形az31镁合金板,工艺参数对焊缝成型有很大的影响,成型性能对焊接速度的敏感程度较铝合金板要大,当焊接速度为37.5mm/min和搅拌头旋转速度为750r/min时,可以获得较好的焊接质量。

利用三维有限元模型研究工业纯钛室温等径弯曲通道挤压(ecap)变形过程,通过数值模拟分析模具通道夹角、外圆角及摩擦条件等参数对材料变形区的应变分布及挤压载荷的影响规律,获得了在室温下对工业纯钛进行ecap变形的最优工艺参数。模拟结果表明:三维模型考虑了模具接触及摩擦的影响,比二维平面模型更客观、准确地反映了试样的应变分布状况。φ=120°,ψ=20°的模具参数为最优,试样可在较低的挤压载荷获得较大的塑性变形,增加通道背部摩擦可扩大试样主变形区体积,改善变形均匀程度。最终采用两通道夹角φ=120°,外圆角ψ=20°的模具,在背部不润滑的摩擦条件下成功实现了工业纯钛室温等径弯曲通道单道次变形。

等径弯曲通道变形(equalchannelangularpressing简称ecap)由于能直接制备块状超细晶材料而备受关注。介绍了等径弯曲通道变形(ecap)及有限元数值模拟的基本机理,并在此基础上讨论了有限元模拟在ecap变形中的研究及发展现状。随着ecap的深入研究和工业化的进一步发展,有限元数值模拟必然在该领域中得到越来越广泛的应用。

研究了等径弯曲通道(ecap)变形后的超细晶t3铜在恒应力幅控制条件下的疲劳寿命和循环形变行为．通过扫描电镜观察了疲劳试样表面的滑移带,并利用电子背散射技术观察了疲劳前、后晶粒尺寸的变化．结果表明,超细晶t3铜具有较高的疲劳极限(σ-1=153mpa),是粗晶铜疲劳极限的2倍．在低周疲劳域内表现出疲劳软化,而在高周疲劳域内表现比较稳定的疲劳行为,甚至出现疲劳硬化．类似驻留滑移带(psb)的剪切带与最后一次挤压的剪切面一致,剪切带的形成和晶界滑移是疲劳裂纹形核和疲劳断裂的主要原因．

用两种方式等径弯曲通道变形(equal-channelangularpressing,简称ecap)制备了的具有等轴晶组织的超细晶cu-0.4cr合金,晶粒尺寸为500nm。研究了不同挤压方式、不同挤压道次合金的组织和性能的变化。探讨了不同退火温度对5～8道次材料导电率和硬度的影响。结果表明,经ecap挤压后的cu-0.4cr合金具有很好的综合性能,拉伸强度可达565mpa;硬度和导电率分别为225hv和66.4%iacs;723k退火1h后材料的导电率和硬度可达80.3%iacs和210.9hv;软化温度可达723k。

对低碳钢等径弯曲通道变形进行了数值模拟,并分析了它的显微组织.通过有限元数值模拟,获得了低碳钢成形等径弯曲通道变形载荷的变化规律和等效应变分布规律.载荷模拟结果表明,摩擦因子越大,变形载荷也越大,当摩擦因子为0.408时,其成形载荷约为无摩擦时的21倍,载荷数值模拟与实验结果基本相吻合.此外,结合所揭示的等效应变分布特点,对一道次等径弯曲通道变形后试样横截面上的微观组织分布进行了分析,表明下表面处的材料晶粒细化程度比上表面处的大,因此这种分布特点与等效应变分布是相互一致的.

在室温下对q235钢成功进行了c方式11道次等径弯曲通道,等效应变约高达11,获得了亚微晶铁素体组织。组织观察表明,第1道次组织细化效果最显著,随后道次的主要作用是增加晶粒的位相差,使大角度晶界的比例随变形道次增加而增加。在本实验条件下,由于珠光体组织中的渗碳体表现出较强的塑性变形能力,使得珠光体组织具有与铁素体类似的宏观塑性变形行为,并且在等效应变约高达11的情况下,珠光体组织中未发现微观裂纹。

用等径弯曲通道变形(equalchannelangularpressing简称ecap)法制备出超细晶低碳钢材料,并在不同退火条件下研究其组织的热稳定性。研究表明,在200～500℃之间退火时,材料组织处于回复阶段,其铁素体晶粒几乎没有长大,晶粒尺寸约04μm;在550℃退火时,铁素体组织由较大的再结晶晶粒和细小的未再结晶晶粒组成;在550℃相同条件下退火时,变形试样中的渗碳体与热轧态试样中的渗碳体相比,前者球化能力明显增强;600℃退火时再结晶完成。

钢和铁基合金通过等径弯曲通道变形(ecap)可获得超细晶组织,从而改善材料的性能。成功实现了c方式650℃时珠光体65mn钢的等径弯曲通道变形,累积等效真应变约为5。片层状珠光体组织演变成超细的渗碳体颗粒均匀分布于铁素体基体的组织,而且铁素体基体为均匀等轴晶粒,平均晶粒尺寸约为0.3μm。

对直通道和弯曲通道两种不同几何形状中的二维平行缝槽形式的超声速气膜冷却进行了数值模拟,分析了在有、无斜激波入射冷却层时的冷却效果.计算结果表明,斜激波的入射使壁面的冷却效率较无斜激波入射时要低.在该计算模型中,无斜激波入射时,弯曲通道壁面的冷却效果好于直通道壁面,而有斜激波入射时,弯曲通道壁面的冷却效果不如直通道壁面.

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象。二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响。应用开源cfd软件openfoam对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟。研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律。结果表明:与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向。

本文在生产抛光砖的两间大型企业、四条生产线上及辊道窑不同工况下,分别取样研究分析了大规格抛光砖二次变形与时效的关系。结果表明:大规格抛光砖在抛光加工前后的变形量随时效的进行呈现先增加后减小并趋于较平稳的变化规律;时效能有效地控制和减少二次变形。

采用内角为105°、外角为45°及内角为90°、外角为30°两套模具对2a12铝合金进行了等径角挤压实验,研究了等效应变量对其力学性能的影响。结果表明,等径角挤压可以显著改善材料的力学性能,而且等效应变量的大小与材料的力学性能密切相关。经过等径角挤压,材料所经受的累积等效应变量达到4时,材料力学性能的提高达到饱和,而且材料所经受的单次等效剪切应变量越大,材料力学性能的提高越迅速,改善越明显。