（毕业设计论文）ECAP循环塑性变形纯铜的温升效应.doc

PAGE w w LAN ZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业设计(论文) ECAP循环塑性变形纯铜的温升效应 学生姓名 学 号 专业班级 材料成型及控制工程（3）班 指导教师 教授 学 院 材料科学与工程学院 答辩日期 2012年6月11日 w w 摘要 材料的微观组织对其宏观性能具有重要的影响，与普通的粗晶材料相比，纳米和超细晶材料因其独特的微观组织结构而表现出优良的物理、化学及力学性能，材料晶粒平均尺寸越小其屈服强度、疲劳强度、耐腐蚀性、冲击韧性、塑性和硬度就越高，即细化晶粒是提高材料综合性能最有效的途径之一，材料潜在的优良性能可以通过细化晶粒的方法体现出来，因此，寻求能有效细化晶粒的工艺对开发新材料和改善传统材料性能具有重要的意义。在众多晶粒细化方法中， 剧烈塑性变形(SPD)方法作为一种以组织控制为目的的塑性加工方法可直接获得亚微晶和纳米晶组织，而等通道角挤压(ECAP)工艺是目前制备高性能块状超细晶材料最有效的剧烈塑性变形方法。 ECAP工艺的机理是让挤压件产生近似理想的纯剪切塑性变形，累积足够应变使挤压件的晶粒得到细化，它是一个多因素耦合作用下宏观变形和微观组织演变交互影响的复杂成形过程。 本课题用DEFORM—3D 软件对纯铜的多路径多道次ECAP挤压过程进行数值模拟，着重研究ECAP挤压过程纯铜的温升效应以及温度等因素作用下微观组织的演变规律，模拟得到试样变形时的金属流动方式、各场量的大小及分布规律，工艺参数对挤压结果的影响等，以期得出ECAP制备超细晶铜的最佳工艺方案和变形参数，使该方法能广泛地应用于实际。 关键字：纯铜；超细晶；ECAP；有限元模拟；温升效应；微观组织演变 Abstract Keywords: Pure Copper；Equal Channel Angular Processing microstructure; Deformation behavior;Microstructure evolution; Finite element simulation w 第一章 绪论 1.1引言 诺贝尔奖获得者Feyneman在上世纪六十年代曾预言：“如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料性能产生丰富的变化”，他所说的这种材料就是超细晶材料。随着科技发展的日新月异，超细晶材料的制备技术经历了从无到有的发展之路，已初具规模并表现出了它独特的价值和市场应用前景，各行各业如国防、电子、航空、化工、医药、冶金等领域对具有高强度、高比强度和高疲劳寿命的超细晶材料表现出了前所未有的需求，同时推动了各国间开发高质量材料的竞争，纵观世界各国，对超细晶材料的研究包括四个方面：即制备技术、微观结构、宏观物性和应用，以上四者中，材料制备技术成为关键，因为超细晶材料的微观结构、宏观性能和应用范围取决于材料的制备工艺和过程控制，因此寻求可有效细化晶粒的可控制备工艺至关重要。 目前ECAP法引起学者的广泛关注和研究，但工艺仍存在一些问题急待解决，如尚未找到一种最佳的挤压工艺路线和变形参数；对ECAP成形过程中的宏观变形及微观组织演变规律缺乏深入认识和掌握，使成形质量难以控制，因此，有必要深入研究ECAP成形过程中宏观变形和微观组织演变，掌握工艺参数对宏观变形和微观组织演变的影响规律，从而为ECAP技术应用于实际生产提供科学的工程实用的依据。 随着数值模拟技术的应用，传统的经验设计方法迅速地被更有效的基于模拟的设计方法所代替。本课题以计算机模拟为主，实验室研究为辅，用DEFORM-3D有限元分析软件，对ECAP多道次多路径挤压纯铜试样进行模拟，主要分析变形过程中材料的流动、应变、应力、载荷和温度变化等情况；温升效应对微观组织的影响；不同变形速度、挤压道次、挤压途径对变形过结果的影响。 本章综述了超细晶材料在国内外的发展情况，超细晶材料的制备方法，ECAP工艺及有限元数值模拟技术，在此基础上，提出了本文的选题目的和意义，确定了本文的主要研究内容。 1.2超细晶材料的制备方法 三维块体超细晶材料制备方法一般分为自下而上法（bottom-up），和自上而下法（Top-down）两大类。自下而上法即：先生成纳米或亚微米尺度的颗粒或粉末，然后通过加压烧结等方法将其固结压实成大尺寸块体材料，如雾化法、机械球磨法、气象沉积法、电沉积法。自上而下法：这是通过大塑形变形或非晶晶化等直接制备出三维块体纳米材料，如SPD法。其中雾