ECAP模具设计与制造及ECAP工艺对铜性能的影响

摘要

众所周知，金属材料的许多性能与其晶粒尺寸有密切的内在联系。如随晶粒尺寸减小材料的强度硬度升高。因此细化材料晶粒一直是人们改善金属材料综合性能的一种有效途径。然而，由于技术及工艺上的种种约束，过去绝大多数金属材料的晶粒尺寸难以细化至亚微米以下。随着材料科学的发展及材料制备与加工技术的不断完善，自20世纪80年代以来人们开始研究晶粒尺寸细化至亚微米量级以下的材料，即超细晶材料。 等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing简称ECAP)技术作为制备大尺寸亚微米、纳米级块体材料的有效方法之一，日益受到材料科学界的重视，被认为是最有前途的制备超细晶材料工艺。 本文利用上限法计算了纯铜试样的变形抗力，设计并制造了模具角度分别为Φ=120°、ψ=60°和Φ=105°、ψ=37°的ECAP模具，并对单晶铜和纯铜进行了ECAP试验。 对单晶铜在Φ=105°、ψ=37°分别进行A和：Bc两种路线的挤压试验研究表明：A路线对试样的细化效果比Bc路线的要好，抗拉强度、硬度、延伸率结果基本接近，抗拉强度分别在A、Bc路线7道次时达到420MPa和412MPa，维氏硬度分别在A、Bc路线12道次时达到156.6HV和153.5HV，延伸率分别在A、Bc路线时达到23％和26.5％。 对纯铜Φ=120°、ψ=60°Bc路线和Φ=105°、ψ=37°Bc路线进行对比试验表明：Φ=105°、ψ=37°Bc路线细化材料晶粒的效果较好，抗拉强度在8道次达到了430MPa，维氏硬度达到167HV，延伸率21％。 对超细晶T2铜试样进行疲劳性能的测试，测出了它的S-N曲线，并利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了分析测试，探讨了超细晶T2铜的疲劳断裂机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1超细晶制备方法

1.2 ECAP工艺原理

1.3 ECAP工艺参数

1.3.1模具角度

1.3.2挤压次数

1.3.3挤压路线

1.3.4挤压温度

1.3.5挤压速度

1.4 ECAP对材料显微组织的影响

1.5 ECAP对材料性能的影响

1.5.1物理性能

1.5.2力学性能

1.5.3超塑性

1.6 ECAP工业应用现状及前景

1.7本文主要研究内容

第2章ECAP模具的设计与制造

2.1 ECAP模具设计思路

2.2 ECAP模具的设计

2.2.1实验材料的选择

2.2.2 ECAP挤压力的计算

2.2.3模具结构设计和制造的一般要求

2.2.4挤压模具材料的要求和选择

2.2.5凸模的设计

2.2.6凹模的设计

2.2.7其他主要零件的设计

2.2.8模具的优化设计

2.2.9润滑剂的选择

2.3小结

第3章ECAP对铜的组织及力学性能的影响

3.1技术路线

3.2试验过程及仪器

3.2.1试验过程

3.2.2金属流动试验

3.2.3组织与性能分析

3.3试验结果及分析

3.3.1单晶铜塑性流变分析

3.3.2工艺路线对单晶铜试验结果的对比与分析

3.3.3模具角度对纯铜试验结果的对比与分析

3.3.4单晶铜和纯铜ECAP后组织与性能的比较分析

3.4小结

第4章ECAP对超细晶铜疲劳性能的影响

4.1引言

4.2试验方法

4.3疲劳试验试样

4.4试验结果及分析

4.4.1超细晶T2铜的S-N曲线测定及分析

4.4.2疲劳断口分析

4.5小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文