纯铜致密体及粉末烧结材料挤扭工艺研究

摘要

近年来大量研究表明大塑性变形法(Severe Plastic Deformation,SPD)是制备块体超细晶、改善材料性能的一种行之有效的方法。其目前主要用于改善致密体材料性能与提高粉末材料的致密度。挤扭(Twist Extrusion,TE)工艺是国内外最新提出的一种新工艺,初步研究表明挤扭法与其它大塑性法变形方式相似,可使材料产生较大的剪切变形,且具有对设备要求低,工艺实现简单等优点。因此研究挤扭工艺对材料改性、粉末冶金等领域具有重要意义。
　　 研究挤扭工艺对致密体材料组织性能的影响,首先需研究其变形方式。采用数值模拟方法对纯铜致密体挤扭进行模拟,获得了挤扭变形过程及各场量大小及分布。并利用单因素法进一步研究了工艺参数(如螺旋角、挤扭道次、背压力)对挤扭变形的影响。为了验证模拟结果的可靠性以及研究挤扭工艺的组织性能演化以及变形机制,基于模拟结果设计挤扭模具并在室温下进行纯铜致密体挤扭实验。结果表明:实验结果与模拟分析较为吻合；挤扭变形可以显著改善材料的组织和性能；变形为位错滑移和孪生共同作用机制。
　　 致密度是研究粉末烧结材料挤扭成形的关键问题,采用数值模拟方法研究挤扭道次与路径对粉末烧结材料的应变分布、相对密度分布的影响,结果显示:挤扭道次增加可以显著提高粉末烧结体致密度；路径对相对密度的分布具有重要影响。通过实验进一步研究了粉末烧结体挤扭成形,实验结果表明:挤扭成形可以显著提高粉末烧结体材料的致密度以及力学性能；变形机制为颗粒重排和孔隙压合共同作用机制。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1 超细晶及其应用

1.2 大塑性变形工艺简介

1.3 大塑性变形研究概况

1.4 挤扭工艺的研究进展概况

1.4.1 挤扭工艺简介

1.4.2 挤扭工艺特点

1.4.3 挤扭工艺参数

1.4.4 挤扭研究现状

1.5 课题的来源、研究意义及内容

1.5.1 课题来源

1.5.2 课题研究的目的及意义

1.5.3 研究内容

1.6 本章小结

第二章 纯铜挤扭成形数值模拟及分析

2.1 有限元模型建立

2.2 模拟结果分析

2.2.1 TE变形过程

2.2.2 等效应力分布

2.2.3 等效应变分布

2.2.4 应变速率分布

2.2.5 应变分量变化趋势

2.3 工艺参数对TE变形的影响

2.3.1 螺旋角

2.3.2 挤扭道次

2.3.3 背压力

2.4 本章小结

第三章 铜粉烧结体成形数值模拟及分析

3.1 有限元模型建立

3.2 模拟结果分析

3.2.1 挤压力

3.2.2 等效应变分布

3.2.3 相对密度分布

3.3 本章小结

第四章 挤扭工艺实验研究

4.1 实验材料及方案

4.1.1 实验材料

4.1.2 实验用模具

4.1.3 实验过程

4.2 纯铜致密体挤扭实验研究

4.2.1 应变量对显微组织的影响

4.2.2 应变量对显微硬度的影响

4.2.3 晶粒变形方式

4.3 纯铜烧结体挤扭实验研究

4.3.1 挤扭对显微组织的影响

4.3.2 挤扭对显微硬度的影响

4.3.3 变形机制研究

4.3.4 压缩性能

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 本文创新点

5.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文