【摘 要】
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超细晶/纳米晶材料由于其优异的机械强度受到广泛关注,但在强度提高的同时,其延展性将出现显著降低。对此,不少研究人员试图在超细晶/纳米晶材料中引入梯度结构以解决延展性显著降低的问题。塑性流动挤出切削（Plastic Flow Machining,PFM）工艺作为一种新型的大塑性变形（Severe Plastic Deformation,SPD）工艺,能够通过可控的切削与侧向挤出复合过程将工件的表层分
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超细晶/纳米晶材料由于其优异的机械强度受到广泛关注,但在强度提高的同时,其延展性将出现显著降低。对此,不少研究人员试图在超细晶/纳米晶材料中引入梯度结构以解决延展性显著降低的问题。塑性流动挤出切削（Plastic Flow Machining,PFM）工艺作为一种新型的大塑性变形（Severe Plastic Deformation,SPD）工艺,能够通过可控的切削与侧向挤出复合过程将工件的表层分离并转化为具有超细晶与梯度结构的片材或板材,所制备的片材或板材具有强度-塑性的高匹配性。T2纯铜应用广泛,且再结晶退火后塑性较好、强度较低,在性能上有较大的提升空间。因此,深入研究PFM工艺及应用该工艺制备的梯度结构纯铜片材的性能具有重要意义。本研究的主要内容如下:（1）采用DEFORM软件建立了PFM有限元模型,研究了挤出厚度与挤压角度对PFM工艺制备梯度结构纯铜片材的等效应变、等效应变率、等效应力等的影响。结果阐明,PFM工艺制备的梯度结构纯铜片材具有明显的等效应变梯度,且随着挤出厚度与挤压角度的增大,高等效应变层的占比逐渐减小,低等效应变层的占比逐渐增大。（2）在相同的参数下进行了PFM实验,成功制备了梯度结构纯铜片材,并对片材进行了微观结构观察、硬度测试与拉伸性能测试等。结果阐明,PFM工艺制备的梯度结构纯铜片材具有明显的晶粒尺寸梯度与硬度梯度,其梯度趋势与等效应变梯度趋势相近,且随着挤出厚度与挤压角度的增大,片材的抗拉强度逐渐减小,延伸率逐渐增大。（3）对挤出厚度为1.4mm、挤压角度为120°的梯度结构纯铜片材进行等时退火处理,并对退火后片材进行了微观结构观察、硬度测试与拉伸性能测试等。结果阐明,在150℃进行退火时,退火后片材的晶粒形态与退火前片材的晶粒形态相近,而在350℃进行退火时,退火后片材已明显经过了回复、再结晶与晶粒长大阶段,其晶粒形态与原始退火试样的晶粒形态相近。另外,随着退火温度的升高,梯度结构纯铜片材的硬度与抗拉强度逐渐降低,延伸率逐渐增大,且当退火温度升至200℃及以上时,其硬度明显降低。因此,为了保证PFM工艺制备的梯度结构纯铜片材拥有良好的热稳定性,建议在150℃及以下进行退火处理。
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