Al和Al-3%Si合金等径角挤压过程中的变形行为及组织性能研究

【摘要】等径角挤压技术能够通过改变挤压路径和增加挤压道次使材料获得较大的应变累积量,来实现细化晶粒,改善材料的组织和性能,是一种制备超细晶材料的有效方法。本文对Al和Al-3%Si合金在室温下进行了5道次等径角挤压变形,研究了Al和A1-3%Si合金等径角挤压变形过程的变形行为和组织性能。本文制备了A1-3%Si合金,并使用自行设计的浇注模具在Al一3%Si合金中心镶嵌有固定尺寸的铜片,对其进行5道次等径角挤压变形。通过对铜片的形状和位置的变形研究了等径角挤压过程中的变形行为,同时材料进行了金相观察,SEM，XRD检测,从宏观到微观对挤压变形进行了分析,研究表明：等径角挤压过程中,材料在受剪切同时还受到扭转力。A路径挤压下,从1道次到5道次铜片沿逆时针进行偏转,基体a-Al晶粒尺寸由原来的70μm被细化为10μm左右,共晶Si尺寸由501μm被细化为4μm,其形状有长条状被破碎为颗粒状并伴随着偏聚,挤压过程中晶体主导取向由(220)演变为(111)；Bc路径挤压下,从1道次到5道次铜片同样发生偏转,2道次和5道次沿顺时针偏转,3道次和4道次沿逆时针偏转,基体a-Al晶粒尺寸由原来的70μm被细化为8μm左右,共晶Si尺寸由50μm被细化为μm,其形状有长条状被破碎为颗粒状,最后均匀地分布在基体a-A1,挤压过程中晶体取向(111)在2道次和4道次取向强度减低为硬取向,(111)取向在3道次和5道次取向强度增加为软取向；Ba路径挤压下,从1道次到5道次挤压铜片也发生着偏转,2道次和4道次铜片沿逆时针发生偏转,3道次和5道次沿顺时针偏转,基体a-Al晶粒尺寸由原来的70μm被细化为11μm左右,共晶Si尺寸由65μm被细化为41μm左右,挤压过程中晶体取向(111)在2道次和5道次取向强度减低为硬取向,3道次和4道次取向为软取向其强度值增加,(200)取向的变化与(111)取向基本一致。Al-3%Si合金材料在通道挤压变形时上表面在急剧的应变累积量作用下晶粒发生突变,晶粒间的差异变得极为畸形,另外脆硬相共晶Si也伴随着急剧变化,脱离晶界使晶界由原本平整的状态变成凹坑不平,这种状态下会造成材料产生畸形产生应力集中区,进而打破了材料的完整性而产生裂纹。裂纹扩展是一个动态过程,它是在挤压运动中发生的,微裂纹在表面形成之后,在拉应力作用下首先进行表面横向扩展,剪切力作用下再进行纵向扩展。通过对工业纯铝进行重熔和精炼,制备了挤压试样,并对其在室温下进行了5道次挤压变形,挤压后的材料进行了TEM观察和拉伸硬度检测,分析了高层错能材料在挤压变形中变形行为,并研究了纯铝的抗拉强度,延伸率,硬度值在挤压过程中的变化。纯铝为高层错能材料,其细化机制为位错分割机制,位错密度从1道次到2道次增加较快,从3道次到5道次增加缓慢,1道次挤压后的位错密度为5.4×1015,5道次挤压后位错密度为8.0×1015。铸态纯铝的抗拉强度为85Mpa,5道次挤压后抗拉强度值为168Mpa,抗拉强度比原样增加了97.6%,铸态纯铝的延伸率为45%,5道次挤压后其延伸率为21%,比原样减低了53.3%,3道次挤压后其延伸率最低为17.5%,铸态纯铝的硬度为23.8kg/mm2,3道次挤压后其硬度值最大为53kg/mm2。
【作者】李海龙；
【导师】丁雨田；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】Al和Al-3%Si合金；等径角挤压；晶体取向；偏转；微观组织；力学性能；

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