ECAP最优挤压路径及组织热稳定性研究

本项目选用99.9995%(5N5)高纯铝（面心立方结构）和AZ31镁合金（密排六方结构）作为实验材料，系统研究挤压路线、挤压道次、挤压温度等工艺参数和初始晶粒及预处理对ECAP细化效果的影响，通过在圆形试样相邻道次间旋转一定角度（0～180 之间的任意角度，传统路线只限于旋转90 或180 ），提出一种细化效果明显优于传统路线的全新ECAP工艺路线，大大减少挤压道次，提高细化效果，拓宽ECAP应用范围。通过挤压后试样的宏观组织观察、力学性能测试及微观结构的透射电镜(TEM)观察，阐明新的ECAP路线的细化机理，从理论上丰富现有ECAP细化机制。将电脉冲处理技术用于挤压后试样的退火过程中，在不产生晶粒长大的前提下，提高材料的热稳定性。本项目的研究将为优化ECAP的细化效果提供新的理论依据、新的思路与技术手段，为ECAP的大型化及在生产中的应用提供实验依据，具有较高的理论和实际应用价值。

本项目系统研究了等通道转角挤压（ECAP）挤压路线、挤压道次、挤压温度等工艺参数和初始晶粒及预处理对99.9995%高纯铝、99.97%、99.7%工业纯铝、2A12、6063铝合金及AZ31、ZK60镁合金ECAP细化效果的影响，通过在圆形试样相邻道次间旋转一定角度（0～180°之间的任意角度，传统路线只限于旋转90°或180°），提出一种细化效果明显优于传统路线的全新ECAP工艺路线，大大减少挤压道次，提高细化效果，拓宽ECAP应用范围。新提出的135路线细化效果明显优于传统的BC路线，高纯铝用135路线挤压3道次后能达到Bc路线8道次的细化效果，且组织均匀性较好。成功设计出310×42mm大型ECAP模具，成功挤出13Kg高纯铝板坯，实现了ECAP的大型化，大型板件ECAP后晶粒细化效果良好，可以将高纯铝晶粒由5mm细化至200μm以下。采用DEFORM软件进行了ECAP有限元模拟研究，确定了塑性流动规律、应力分布规律和应变分布规律。通过挤压后试样的宏观组织观察、力学性能测试及微观结构的透射电镜(TEM)观察，并综合考虑变形均匀性，阐明新的ECAP路线的细化机理。工艺路径135，经过八道次变形后可以保证变形均匀分布，对试样施加五个方向（方向最多）的剪切，这样有利于晶粒的破碎细化。对挤压后的试样进行普通退火，研究其完全再结晶温度及其热稳定性；采用挤压后的工业纯铝和高纯铝作为材料进行电磁退火，研究磁场对材料再结晶过程的影响。无论是工业纯铝还是高纯铝，直流磁场对退火过程的再结晶都有一定的抑制作用。本项目的研究为优化ECAP的细化效果提供了新的理论依据、新的思路与技术手段，为ECAP的大型化及在生产中的应用提供实验依据。