等通道转角挤压研究现状.docx

等通道转角挤压研究现状摘要：等通道抓转角挤压（ECAP）技术是一种通过对材料进行剧烈塑性变形而获得超细晶材料的方法文章首先对国内外ECAP技术的发展状况进行了介绍接着对其变形方法、变形后的显微组织及性能进行了总结最后对其应用前景进行了展望。关键词：等通道转角挤压；塑性变形；ECAP；超细晶材料；显微组织文献标识码：A中图分类号：TG376文章编号：1009-2374（2015）24-0031-02DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.24.015近几十年来通过剧烈塑性变形制备亚微米和纳米级超细晶材料改善材料的物理性能和综合机械性能的方法得到了广泛的研究和关注。在金属的塑性变形过程中晶粒会发生变形和破碎大量晶粒具有某些晶向上的择优取向后会形成织构从而使材料的某些性能发生变化。传统的塑性变形由于受到变形量的限制其对晶粒想的细化作用较为有限。剧烈塑性变形（SeverePlasticDeformationSPD）技术因其可在材料外形尺寸改变不大的基础上获得很大的变形量克服了传统变形方法导致的材料厚度及直径尺寸的大幅度减少不适用于结构件的弊端。1ECAP技术研究的材料等通道转角挤压法首先由Segal和他的合作者在20世纪70、80年代提出在20世纪90年代Valiev利用该技术获得了超细晶的铝合金材料引起了世界范围内材料研究者对ECAP技术的兴趣；随后人们利用该技术对包括纯金属如Cu、Al、Ti等；合金如H62黄铜Ti-6Al-4VAl-MgZn-AlAl-Zn-Mg-Cu超高强铝合金等合金以及金属基复合材料在内的多种材料进行了实验材料的性能都有不同程度的提高。目前ECAP技术已经由单纯的学术研究向工业应用方向发展。2ECAP的变形方式及晶粒细化机理等通道转角挤压（ECAP）是使棒料在一定的挤压力作用下通过两轴线成一定夹角的通道使棒料发生纯剪切变形（如图1所示）。在经过N次挤压后材料的总应变量为：式中N为挤压的道次；φ为模具的拐角ψ为模具的外角如图1所示为的情况。等通道角变形细化组织时坯件经过通道的方向和次数是重要的参数目前主要有四种途径A途径是指每次通过模具时坯件的取向不变；BA途径是指每次通过模具时坯件的取向旋转90°连续两次通过模具时旋转方向相反；BC途径是指每次通过模具时坯件的取向旋转90°连续两次通过模具时旋转方向相同；C途径是指每次通过模具时坯件的取向旋转180°如图2所示。在剪切力的作用下粗大晶粒被粉碎成为一系列具有小角晶界的亚晶亚晶沿着一定方向拉长形成带状组织随变形程度的进一步增加最终使亚晶转变为具有大角晶界的等轴晶从而获得超细晶材料。3ECAP技术对材料晶粒细化的影响因素经过多道次ECAP变形后的金属晶粒尺寸会有明显的减小晶粒的最终情况取决于模具拐角φ、挤压方式、挤压温度以及挤压速度等多个因素。3.1模具拐角的影响由式（1）可知在相同的挤压道次时较小的拐角φ可以获得较大的应变量当拐角较大时虽然可以通过增加挤压道次的方法来获得与较小拐角相同的应变量但其最终难以获得大角晶界产生超细晶粒。NakashimaK采用φ值分别为90°、112.5°、135°、157.5°的模具对纯铝进行研究通过改变挤压道次保证获得相同的应变量最终只有以90°和112.5°的拐角的挤压在应变量为4时能够产生大角晶界其中以90°拐角挤压时最容易产生大角晶界。3.2挤压方式的影响如上文所述对材料进行ECAP变形时可以采用不同的变形路径其晶粒细化程度也不相同。一般来说按BC路径进行挤压变形时晶粒在三个方向上都可获得较大的变形从而获得最佳的细化效果。如边丽萍等在对Al-10Mg-4Si合金进行ECAP研究时发现按BC路径挤压8道次后合金的显微组织由约为259nm的α-Al等轴晶和约356nm的Mg2Si颗粒组成；而经过2A+4BA+2A路径挤压8道次后α-Al晶粒被细化成平均尺寸约为的等轴晶Mg2Si被细化成长约直径约370nm的棒状尺寸明显大于按BC路径挤压8道次后的晶粒。4ECAP对材料力学性能的影响4.1对强度、硬度的影响在一般情况下对材料进行塑性变形随变形程度的增加材料会发生加工硬化即出现强度、硬度升高而塑性、韧性下降的现象也即是所谓的加工硬化现象。同样经过多道次ECAP变形后材料的强度、硬度也都会有显著提高例如退火态的纯铜其硬度为78.7HV、屈服强度为161MPa经多道次的ECAP变形后其硬度可达185.3HV、屈服强度可达449MPa；退火态的1060铝其硬度为45