旋转通道等径角平行挤压工艺及其制备UFG时效硬化铝合金损伤机理研究

In order to prepare uniform ultra-fine grained age-hardenable aluminum alloy without damage, a new technology- rotated equal channel angular pressing-parallel channel is proposed in this project. A series of shear deformation areas are set in a passage. A rotated channel is set between ECAP channels to change the shear direction and the shear angle for bar specimen, which implements the Bc machining path. The ECAP preparation process is simplified, and the deformation uniformity is improved. Based on the rotated equal channel angular pressing-parallel channel, the damage mechanism is researched for age-hardenable aluminium alloy. The rule of dynamic precipitation is studied through experiments on the condition of variable strain rates. The precipitation conditions, thermal, material and mechanical parameters are explored for precipitated phase with temperature collection at severe shear deformation area, PLC phenomenon, HRTEM and XRD test, indentation technique. Considering influence of precipitated phase, the stress-strain constitutive relationship in severe plastic deformation is found. Cohesive element representing precipitated phase, plastic strain energy corresponding dislocation density, the interaction model is established between precipitated phase and dislocation. The damage mechanism is studied on severe plastic deformation. The finite element method is applied to simulate the deformation process to optimize process parameters, and uniform ultra-fine grained age-hardenable aluminum alloys without damage are prepared.

为无损伤制备均匀超细晶结构时效硬化型铝合金，提出旋转通道等径角平行挤压大塑性变形新工艺。该工艺在一个通道内设置多个剪切变形区，通过在两个等径角挤压通道段之间设置旋转通道来改变圆棒料剪切方向和剪切角度，实现Bc加工路径，简化等径角挤压制备工艺，节约制备时间，同时提高变形均匀性。基于该工艺研究大塑性变形时效硬化型铝合金的微观损伤机理。试验研究变应变速率下动态析出沉淀相规律，利用大剪切变形区域温度采集，电子万能试验机采集力-位移曲线中的PLC现象，HRTEM和XRD试验，微压痕试验获得沉淀相析出条件及沉淀相的材料学，力学行为。建立受沉淀相影响的大塑性变形材料流动本构关系。采用cohesive单元表征沉淀相，塑性应变能等效位错作用，建立沉淀相与位错交互作用模型，研究大塑性变形微观损伤机理。有限元模拟变形过程，以优化的工艺参数无损伤制备均匀超细晶结构的时效硬化型铝合金。

为制备高强高韧的时效硬化型铝合金材料，提出能够解决耗时问题的旋转通道等径角平行挤压（RECAP-PC）工艺，该工艺实现了Bc加工路径，变形均匀性提高，圆棒料能够在变形通道挤压一道次中改变剪切方向。影响材料成形效果5个因素的的贡献度排序为模具外角、模具内角、升角、椭圆因子、L1/L3。旋转通道等径角平行挤压的工艺参数为：模具外角Ψ=20°，模具内角Φ=90°，升角γ=73°，椭圆因子m=1.35，L1/L3(L3/L6）=1d，模具壁厚40mm。第一旋转通道、第二旋转通道内截面由圆形截面、椭圆形截面、圆形截面渐进变化，其中椭圆形截面的变化角度依次为67.5°、45°、22.5°。利用模腔最大轮廓线开模，加工制造出模具。通过正交试验法和灰关联分析法获得对铝合金强韧性能的贡献度排序为固溶温度，时效时间，变形量，固溶时间，时效温度，其中固溶温度，固溶时间，塑性变形量影响较大取最优值，时效温度和时效时间影响较小取最经济值。时效硬化型铝合金RECAP-PC制备工艺为：固溶+立即RECAP-PC+低温短时时效，自然时效极限等待时间为60分钟。对时效硬化型铝合金开展大塑性变形制备工艺，获得细晶强化和第二相强化复合的超细晶结构铝合金材料。.在变应变速率下，利用电子万能试验机采集力-位移曲线，实验研究了时效硬化型铝合金塑性变形的PLC现象，通过对铝合金PLC效应的研究，掌握了应变速率、温度以及内部溶质原子与运动位错之间的共同作用机理。总结动态析出沉淀相规律，获得降低塑性失稳的应变速率为3.3×10-5s-1。在该应变速率下有利于应力的稳定和均匀，进行大塑性变形有利于避免塑性失稳。. 利用微压痕试验获得沉淀相析出条件及沉淀相的材料学，力学行为。对析出沉淀相采集微观图像。根据微观视场模型建立8种沉淀相模型，采用cohesive单元表征沉淀相，塑性应变能等效位错作用，建立沉淀相与位错交互作用模型，研究大塑性变形微观损伤机理，并利用有限元方法模拟微观变形过程。R2-1的平均应力应变曲线趋势比其他的小，而E2-1有最高的平均应力应变。当长宽比增加时，与椭圆系列相比，矩形系列的平均应力增加。关于平均应变，两种系列都表现出随着粒子长宽比的增加而增加的趋势。椭圆系列的σc/σm比值远远大于1，而矩形系列的比值小于1。当粒子的长宽比增加，σc/σm比值降低，矩形系列表现出类似的趋势(R1-2除外）