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作者：

任倩玉

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摘要：

Al-Mg-Si(6xxx系列)合金是最常用的汽车铝合金之一,随着汽车产业的蓬勃发展,选择合适的加工工艺优化Al-Mg-Si合金的性能尤为重要。细化晶粒是提高材料性能的有效手段,等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)作为大塑性变形技术的一种,在制备超细晶材料方面具有独特的优势。采用ECAP工艺细化铝合金晶粒的效果与试样变形过程中应力场、应变场及温度场的大小及分布有关,而这些场量的大小及分布取决于ECAP模具结构及变形工艺参数设置,因此综合研究不同参数对ECAP变形过程的影响规律对于ECAP方法制备超细晶铝合金材料具有重要意义。本文通过数值模拟与实验相结合的方法对6082铝合金ECAP过程进行研究。首先通过数值模拟研究模具结构、工艺参数对6082铝合金ECAP变形过程的影响;利用优化后的模具结构和工艺参数对6082铝合金进行多道次ECAP挤压模拟,探讨ECAP过程的应变累积规律。在数值模拟的基础上,对固溶态6082铝合金进行1道次ECAP挤压,分析合金ECAP变形前后的微观组织、力学性能与织构分布。得出的主要结论如下:(1)通过数值模拟获得了ECAP模具的外角和内角对6082铝合金变形的影响规律。在保持模具内角为90°不变的情况下,随着模具外角的增大,试样剪切变形程度、等效应变、挤压载荷降低。在模具外角不变的情况下,随着模具内角的增大,变形更加均匀,但变形应变量较小,不能很好的累积更大的应变。当模具内角为90°、模具外角范围处于25°~37°之间时,6082铝合金具有较大变形量且应变分布均匀性良好。(2)通过数值模拟分析了不同的摩擦模型(库伦摩擦模型和剪切摩擦模型)与变形温度对6082铝合金ECAP变形过程中的变形行为、应变分布和载荷大小的影响规律。随着摩擦因子的增大,变形过程中形成的试样与模具间的角度间隙减小,试样等效应变分布均匀性提高,但挤压载荷显著增大;剪切摩擦模型更适合于6082铝合金的ECAP变形过程。当温度从20℃升高至350℃时,6082铝合金等效应变值增大,但变形均匀性降低;温度升高至370℃之后,试样均匀变形区的等效应变值开始减小,变形均匀性增加。随着温度的升高,载荷呈直线下降,平均等效应变值随温度的升高先增加后降低;在350℃时,平均等效应变数值达到最大。(3)阐明了 ECAP变形四种不同典型挤压路径对6082铝合金变形的影响规律。在不同路径下,试样径向应变累积方向不同;经过4道次挤压后,路径BC下的6082铝合金的变形均匀性最好,路径C的变形平均应变量最大。多道次与不同路径对载荷无明显影响。(4)6082铝合金经1道次ECAP挤压后,晶粒沿挤压方向被拉长,组织得到细化;ECAP变形后试样的断裂表面呈剪切型(45°)断裂;ECAP变形后提高了6082铝合金的强度和塑性,试样剪切织构增强。实验结果与有限元模拟结果相一致。

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关键词：

6082铝合金 ECAP 有限元分析 力学性能