金屬的強烈塑性變形與考慮尺寸效應的細觀本構關系.pdf

1、材料經受強烈塑性變形時其微觀結構有很大的改變，導致材料的力學性質發(fā)生很大的變化。然而，其中的演化內在機制及其模型描述至今人們仍然沒有很好解決。為了研究強烈塑性變形對材料性質的影響，本文結合等通道轉角擠壓(ECAP)試驗和多晶塑性理論，對韌性材料的力學行為開展研究。
　　 作者自行設計調試了ECAP模具，完成了金屬材料銅、鋁的ECAP試驗。發(fā)現(xiàn)經ECAP處理后，材料屈服強度大幅提高和極限強度小幅度提高。研究經ECAP不同路徑處理后

2、材料的均勻性問題。采用試驗與數(shù)值模擬技術分析了ECAP過程中壓頭壓力的分布規(guī)律。編寫了反映材料位錯滑移變形物理機制的晶體塑性模型計算子程序。多晶塑性模型中通過引入背應力考慮循環(huán)載荷下材料力學行為響應，而且，在滑移阻力函數(shù)中考慮了材料的尺寸效應。利用多晶塑性模型分析ECAP過程中局部的應力應變分布規(guī)律。
　　 本文研究工作的成果主要有：
　　 1.完成了90°和120°兩種轉角角度的ECAP模具設計與調試，用這些模具可連續(xù)

3、擠壓出長達90 mm的圓棒試件。
　　 2.完成了經ECAP處理前后材料拉伸性能的測試與數(shù)據分析。試驗發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)材料經ECAP處理后，在不同擠壓路徑中屈服強度提高比例最大為312.5%，而極限強度提高比例為最大26.3%。(2)1道次處理對屈服強度提高最顯著，多道次擠壓中1道次強度提高貢獻約為70%。(3)ECAP處理造成材料的塑性性能大幅降低，未擠壓材料的延伸率約30%，而1道次擠壓后約為7%。(4)在后續(xù)道

4、次擠壓過程中，材料塑性性能會略有提高。
　　 3.經A、Ba、Bc、C路徑以及8道次45°路徑擠壓的T3紫銅，在同一擠壓試件不同部位截取試樣進行了拉伸試驗。發(fā)現(xiàn)無論何采用種路徑擠壓，材料拉伸性質均表現(xiàn)出有規(guī)律的不均勻現(xiàn)象，同一試件不同部位試樣的截面強度不均勻系數(shù)最高可達24.6%。
　　 4.利用ECAP試驗研究了不同路徑、不同道次擠壓對于壓頭壓力的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)壓頭壓力在不同路徑與不同擠壓道次條件下具有顯著差異。

5、>　　 5.研究了多晶塑性分析模型，結合晶體滑移率表達形式的本構關系，編寫了與ABAQUS接口的用戶材料子程序(VUMAT)。模型考慮了背應力及其演化，考慮了材料單元中晶粒結構的尺寸信息，可以反映材料的屈服、流動過程中的晶粒尺寸效應，特別是可以反映應變循環(huán)過程的材料晶粒尺寸效應。
　　 6.采用數(shù)值模擬，考慮不同模具參數(shù)、多試樣連續(xù)擠壓、材料參數(shù)、擠壓試件長度、摩擦因子等方面對ECAP試驗過程中壓頭壓力變化規(guī)律的影響；并結合試

6、驗與數(shù)值模擬擬合了ECAP過程最大壓頭壓力估算公式。
　　 7.分析了經ECAP處理后擠壓試件中頭部效應的影響范圍。采用應變不變量為參數(shù)分析了ECAP過程中擠壓試件的變形狀態(tài)和擠壓試件通過模具轉角過程中不均勻壓縮現(xiàn)象。通過定義截面不均勻系數(shù)，分析ECAP過程中擠壓試件的不均勻變形狀態(tài)，與試驗中同一擠壓試件不同部位的拉伸強度的差異性吻合較好。
　　 8.通過ECAP過程中應力狀態(tài)分析，合理解釋了試驗過程中試件表面出現(xiàn)橫裂紋