AZ91镁合金等径角挤压前后组织性能分析.docx

毕业设计(论文)开题报告

题目：AZ91镁合金等径角挤压前后组织性能分析
学院：机械工程学院
专业：材料成型及控制工程
学生姓名：刘集思学号：201102050119
指导老师：吴安如

2015年3月20日

毕业设计（论文）开题报告
文献综述
0引言
镁基复合材料具有密度小、比强度和比刚度高、导热和导电性好,极好的减震性能、优良的阻尼性和易于加工成形和回收等优点，电磁屏蔽性、越来越广泛地应用于航空航天、汽车、3C电子、环保等领域。目前关于镁基复合材料的研究工作主要集中于材料组成、制备工艺和材料组织及性能等方面。等径道角挤压（equalchannelangularextrusion，ECAE）工艺是指将材料进行强烈的纯剪切变形，而横截面尺寸基本保持不变，通过反复进行挤压，从而积累大量应变，细化材料晶粒。等径道角挤压工艺是Segal教授于1972年在研究钢的变形组织和微观组织时，为了获得纯剪切应变而发明的一种剧烈塑性变形加工技术。进入20世纪90年代后，俄罗斯的Valiev发现该技术可使材料产生大应变，从而细化多晶材料的晶粒，获得亚微米或纳米级的超细晶结构，其利用ECAE技术加工铝合金，随后在高应变速率和350℃下采用超塑性成形加工出了内燃机活塞，大大提高了零件的生产效率，具有重要的现实意义。日本的Yoshinori等人研究了ECAE加工时不同道次间坯料加入方向对材料剪切变形特征晶粒形貌的影响。美国南加州大学研究了ECAE加工模具设计对材料变形均匀性的影响；韩国学者在不同道次下变形均匀性方面也作了较充分的研究。科研工作者通过对ECAE法制备工艺、ECAE材料性能以及应用的研究，对铝、铜、钛、铝合金、低碳钢等多晶体金属在ECAE技术下微观结构和力学性能有了初步的认识。经ECAE挤压后的镁合金具有极细的晶粒结构并表现出与众不同的力学行为，如高的屈服应力、大幅度提高的塑性以及具有低温超塑性和高应变速率超塑性等特征，其变形机理也发生了改变，一些高温变形机理，如非基面滑移、晶界滑移等，因此，在室温下亦可发生。众多学者已经开始研究ECAE技术在镁合金加工中的应用，并对镁合金ECAE过程中的变形机理和变形规律展开了研究。

1等径道角挤压
1．1基本原理
所谓ECAE法，既等径道角挤压，是通过2个轴线相交且截面尺寸相等的通道，将加工材料挤出。因通道的转角作用，在加工过程中材料发生剪切变形，使变形材料产生大的剪切应变，并由此导致位错的重排，从而使晶粒得到细化。与传统的大变形塑性加工工艺相比较，用利ECAE加工镁合金具有以下优点，能够使挤压的材料承受很高的塑性变形，而同时又不改变样品横截面面积；经多道次挤压后的试样的组织结构均匀，性能得到提高；可通过热加工与动态回复、动态再结晶的组合工艺达到晶粒细化；在低温条件下使金属材料的微观结构得到明显的细化，从而改善铸态组织，大大提高其强度和韧性；通过调整剪切面和剪切方法［6］向可以获得不同的组织结构。

1．2工艺参数
在镁合金ECAE挤压过程中，影响材料组织和性能的工艺参数众多，主要包括模具结构、挤压路径、挤压道次、挤压温度和挤压速度等。此外，挤压前初始镁合金材料的微观结构和相组成等，对ECAE挤压后材料的微观组织和力学性能也有重要［7—8］的影响。
1．2．1模具结构
ECAE模具结构参数包括：两通道的夹角φ、内侧过渡圆弧半径r和外侧夹角ψ、外侧圆弧半径Ｒ（如图1所示）。试验研究表明，上述几个参数对挤压材料每道次的应变量和挤压后材料的显微组织均有一定的影响。其中，较小（如90°）时，每道次可以获得较大的应变量，特别是靠近通道内侧部分的应变量；r过小，在挤压转角内侧形成未充型区会（即材料难以完全填充挤压孔径）；随着ψ值的减小，理论上每道次可获得较大的变形量，ψ过小但会在挤压材料外侧形成难变形区，不利于挤压材料组织的均匀化；而Ｒ的减小也有利于内外两侧的变形，在理想状态下Ｒ=0时能产生最大的剪切应变，但Ｒ不能过小，否则会增大挤压力，加速模具磨损［9］提高对设备的要求。

图1等径道角挤压模具示意图
1．2．2挤压路径
在ECAE过程中，每次重复挤压之间试样所旋转的方位称为挤压路径。挤压路径对ECAE挤压材料的组织和性能也有重要影响。常用的挤压路径有4种（如图2所示），：A路径（每道次试样均不转动）；即BA路径（试样每道次交叉转动90°）；BC路径（试样每道次同向转动90°）；C路径（试样每道次转动180°）。挤压路径对ECAE的影响关键在于不同的挤压路径具有不同的剪应变几何特征。研究表明，沿路径BC挤压后，试样具有最佳的显微组织结构，路径C次之，而路径A与路径BA最差。这是因为在路径A与路径BA的挤压过程中，多道次重复挤压会导致在垂直于挤压出口方向平面上的材料形状发生极大的扭曲，从而抑制了