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工业纯铝棒等径角挤压数值模拟与试验研究

作　者: 陈娜
导　师: 赵小莲
学　校: 广西大学
专　业: 材料学
关键词: 等径角挤压 纯铝棒材 有限元数值模拟 晶粒细化
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 35次
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内容摘要


等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)技术作为一种能够有效细化晶粒组织的方法,逐渐被国内外学者关注。这种工艺主要是通过不改变试样的横截面积及截面形状,使试样在较低的压力下产生反复、均匀的大变形。挤压件在通道拐角处受到剧烈的纯剪切变形后,晶粒得到有效细化,最终使材料的力学性能得到显著提高。为研究等径角挤压的挤压路径和挤压道次对大尺寸纯铝棒材力学性能及显微组织的影响,本文采用有限元数值模拟和试验研究相结合的方式分析纯铝沿三种不同路径进行多道次等径角挤压的力学性能及显微组织变化规律,探讨晶粒细化的机制。研究揭示了纯铝棒材的变形过程、挤压力、等效应力应变场和速度场的分布规律,分析了挤压道次、挤压路径对强度、延伸率、硬度及晶粒尺寸和形态的影响。结果表明：随挤压道次的增加,累积的应变量使试样发生剧烈的塑性变形,材料力学性能得到显著提升,晶粒组织得到有效细化,纯铝原始粗大的晶粒形态最终演变成细小的等轴晶；挤压路径对晶粒分布的均匀性产生重要影响,沿不同路径获得的挤压效果为BC>C>A。通过试验与模拟结果对比分析ECAP前后平均晶粒尺寸的变化情况,进一步证明了模拟的有效性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 引言  10-11
  1.2 等径角挤压的工作原理  11
  1.3 ECAP使晶粒细化的影响因素  11-17
    1.3.1 模具结构的影响  12-14
    1.3.2 挤压路径的影响  14-15
    1.3.3 挤压次数的影响  15-16
    1.3.4 挤压温度的影响  16
    1.3.5 挤压速度的影响  16-17
    1.3.6 摩擦系数的影响  17
  1.4 ECAP过程中材料的显微组织特征  17-18
  1.5 ECAP使材料晶粒细化后性能的转变  18-20
    1.5.1 物理性能  18
    1.5.2 力学性能  18-19
    1.5.3 超塑性  19
    1.5.4 热稳定性  19-20
    1.5.5 疲劳性能  20
  1.6 等径角挤压细化晶粒的有限元模拟  20-21
  1.7 多级连续等径角挤压法  21-22
  1.8 本文研究的意义及主要内容  22-24
    1.8.1 本文研究的意义  22-23
    1.8.2 本文研究的主要内容  23-24
第二章 试验材料的制备及研究方法  24-28
  2.1 试验材料的制备  24-25
    2.1.1 试验材料  24
    2.1.2 试验设备  24-25
  2.2 试验研究的方法  25-27
    2.2.1 等径角挤压变形  25-26
    2.2.2 力学性能测试  26
    2.2.3 金相组织观察  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 工业纯铝沿不同路径多道次ECAP的数值模拟研究  28-53
  3.1 有限元模型的建立及模拟参数的选取  28-32
    3.1.1 ECAP三维有限元模型  28-29
    3.1.2 不同路径多道次挤压模型  29-30
    3.1.3 模拟变形过程参数的选取  30-32
  3.2 不同路径多道次ECAP模拟结果分析  32-51
    3.2.1 变形过程  32-33
    3.2.2 挤压力变化规律  33-35
    3.2.3 等效应力分析  35-39
    3.2.4 等效应变分析  39-44
    3.2.5 速度场的变化  44-46
    3.2.6 晶粒大小及形态分布规律  46-51
  3.3 本章小结  51-53
第四章 工业纯铝等径角挤压的试验结果分析  53-64
  4.1 ECAP对纯铝力学性能的影响  53-56
    4.1.1 挤压道次对力学性能的影响  53-54
    4.1.2 挤压路径对力学性能的影响  54-56
  4.2 ECAP对纯铝显微组织的影响  56-62
    4.2.1 纯铝ECAP前的微观组织  57
    4.2.2 挤压一道次后的微观组织  57-58
    4.2.3 沿不同路径多道次后的微观组织  58-61
    4.2.4 晶粒细化机制的分析  61-62
  4.3 本章小结  62-64
第五章 结论与展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 挤压 > 有色金属及合金挤压
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