2A50铝合金等通道转角挤压工艺研究

摘要

寻求可有效细化晶粒的工艺对于开发力学性能优异的材料具有重要的工业应用前景，而等通道转角挤压技术是一种通过累积足够应变使试样晶粒得以细化的新工艺。 本文针对2A50 铝合金材料，通过有限元分析与试验相结合的方法研究了等通道转角挤压工艺的变形规律和晶粒细化效果。 基于Deform-3D 商用有限元软件，建立了方形截面试样单道次等通道转角挤压工艺有限元模型，进行了数值求解，并同试验结果相比较，两者吻合较好，表明数值分析模型是可行的，以此为基础，进一步模拟研究了模具几何参数和工艺参数对应力场、应变场的影响。分析表明，模具转角是影响塑性变形量的最主要因素，应慎重考虑通道转角和外角半径的取值范围；在挤压时应尽量减小摩擦的影响，以使试样变形更为均匀。 选择通道转角、挤压速度、润滑剂、变形温度等四个参数作为变量，利用自行设计的可更换模具和正交试验法进行了单道次挤压试验，通过极差分析，获得了影响2A50 铝合金晶粒细化程度各因素的先后顺序，提出了一个优化的修正工艺方案，即通道转角取105°，挤压速度取0.18 mm/s，石墨作润滑剂，挤压温度取20℃，在此条件下，最终成功制备了307.4 nm 超细晶粒2A50 铝合金试样；根据力－行程曲线，提出了将等通道转角挤压过程划分为五个不同变形阶段的新观点。 在多道次挤压试验中，开展了不同工艺路线下等通道转角挤压工艺的变形特点的研究，利用外观观察、XRD、硬度测试、金相分析等手段，认为不同的工艺路线所获得的晶粒的大小、分布及晶界取向差别较大，研究表明，工艺路线BA 使合金晶粒既获得了有效的细化，不易出现裂纹，且硬度分布均匀程度较好，比其他工艺路线更具应用价值。 最后，本文初步探讨了晶粒细化的机理，认为强烈的塑性变形引起的位错运动（位错塞积和缠结）是晶粒细化的最根本的原因。