【摘 要】
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纳米材料相较于常规材料性能更优。大应变切削作为一种新兴剧烈塑性变形工艺,其优势在于能够高效制备纳米晶切屑,由于所制备切屑过于碎小,难以广泛应用于工业领域。因而,研究纳米切屑块体成型制备方法尤为重要,剧烈塑性变形法(SPD)对于块体成型而言效果显著,等通道转角挤压(ECAP)是所有SPD方法中使用最为广泛且最具前景的方法,本文采用ECAP工艺研究纳米切屑块体成型。本文对孔隙率为0.75的纯铜材料进行
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纳米材料相较于常规材料性能更优。大应变切削作为一种新兴剧烈塑性变形工艺,其优势在于能够高效制备纳米晶切屑,由于所制备切屑过于碎小,难以广泛应用于工业领域。因而,研究纳米切屑块体成型制备方法尤为重要,剧烈塑性变形法(SPD)对于块体成型而言效果显著,等通道转角挤压(ECAP)是所有SPD方法中使用最为广泛且最具前景的方法,本文采用ECAP工艺研究纳米切屑块体成型。本文对孔隙率为0.75的纯铜材料进行ECAP Deform-3D数值模拟,探究模具结构、温度等工艺参数对挤压效果的影响,通过实验探究,采用背压方式优化ECAP工艺,内容如下:(1)对ECAP工艺因素进行探究,得出一组最佳摩擦系数、挤压速度、温度值,在此情况下,探究不同模具外弧度角以及内转角对ECAP挤压变形过程中等效应变、等效应变均匀性、温度等性能影响,进而得出最佳ECAP工艺参数,为后续实验提供一定指导意义。(2)对纯铜棒料进行大应变切削,将不同刀具前角所制备纳米切屑经预挤压以及压缩挤压而成的材料进行ECAP挤压实验,探究刀具前角以及挤压道次对ECAP块体成型效果影响,结果表明,所得试样致密性普遍不好。实验过程中,由于某些试样挤成弯头产生一定背压,导致致密性优于其它试样。(3)借助EBSD观察和硬度测量等实验手段,对上述弯头试样进行EBSD以及硬度分析。探究背压在3种不同刀具前角所获得超细晶纯铜切屑固态成型时,对微观组织及硬度的影响,并将其结果与对应切屑进行对比。结果表明:不同刀具前角制备的超细晶纯铜块体平均晶粒尺寸分别为4.73um、3.54um以及4.43um,其晶粒尺寸有所增加,硬度有所下降,这是由于实验是在400℃进行的,此温度高于纯铜再结晶温度,纯铜发生再结晶,导致晶粒长大。(4)采用Deform-3D对孔隙率为0.75的纯铜材料于室温进行BP-ECAP挤压,探究在不同背压下,试样等效应变、等效应变均匀性、等效应力以及温度变化情况,并与未施加背压时结果进行对比,得出最佳背压为50MPa;进而在恒定背压(50MPa)情况下,研究ECAP不同温度对挤压结果影响,得出最佳温度为400℃。
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