摘要:介紹了板材連續(xù)剪切變形方法的基本原理及特點(diǎn)。以350℃x40min退火態(tài)的T2紫銅板材為研究對(duì)象,板材按C路徑6道次的連續(xù)剪切變形后,經(jīng)分析表明:連續(xù)剪切變形后的板材的顯微組織明顯得到細(xì)化,并且呈現(xiàn)出剪切流線形態(tài);變形后的板材的抗拉強(qiáng)度由退火態(tài)的210MPa提高到330Mpa;硬度從65HVI提高到120HVI。

關(guān)鍵詞:T2紫銅板材;連續(xù)剪切變形;組織細(xì)化

中圖分類號(hào):TG386.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001一3814(2006)05一0060一03

適度的晶粒細(xì)化,是提高材料使用性能和加工成形性能的有效手段。等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)(E明alChannelnA即larpressing,簡(jiǎn)稱ECAp),是一種通過(guò)簡(jiǎn)單的剪切原理使材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形,從而實(shí)現(xiàn)制備超細(xì)晶塊體或棒體材料的有效方法。ECAP技術(shù)的出現(xiàn)受到了廣泛的關(guān)注,并得到了深人的研究和長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著ECAP方法研究的深人,其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大,但它只適合于制備棒體、塊體材料,而對(duì)板材卻不適用的局限性開始顯露出來(lái)。其中,板材連續(xù)剪切變形技術(shù)(ContinuousConifnedStripshearing,簡(jiǎn)稱CZsZ)是在ECAP技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的專門用于制備細(xì)晶板材的方法。它的出現(xiàn),有效地解決了ECAP方法不能適用于板材的不足。

1.CZSZ方法的基本原理及特點(diǎn)

1.1CZSZ方法的基本原理

圖1所示為CZsZ方法的基本原理示意圖ll]。在該方法中,由兩個(gè)相交的有微小尺寸變化的通道組成擠壓腔體。試驗(yàn)時(shí),送料輪在導(dǎo)向輪的作用下,與板材產(chǎn)生足夠大的摩擦力,將板材送人到模腔內(nèi)。板材在模腔轉(zhuǎn)角處發(fā)生強(qiáng)烈的近似于純剪切的變形,如圖2所示。在轉(zhuǎn)角處發(fā)生變形后的板材,再?gòu)哪Ｇ涣硪粋?cè)擠出。出口處板材的厚度和原材料相同.因而可以在同一模具內(nèi)反復(fù)對(duì)板材進(jìn)

行多道次的剪切變形,每道次的剪切應(yīng)變量可以不斷迭加,***終達(dá)到細(xì)化板材晶粒、提高其性能的目的。

另外,從圖1中可以發(fā)現(xiàn),為了保證足夠的送料動(dòng)力,模具腔體的人口處板材厚度會(huì)稍有減小。因而在計(jì)算擠壓變形過(guò)程中總的應(yīng)變量時(shí),必須考慮厚度的變化。原有的ECAP方法中,有關(guān)總的應(yīng)變量的計(jì)算公式,在此就不適用。seokIZJ經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn),得到CZSZ方法總的應(yīng)變量的計(jì)算公式:

式中:N為擠壓道次;K為厚度變化因子,且K=(板材人口處厚度/板材出口處厚度);中為模具轉(zhuǎn)角;少為模具外接圓弧角。

1.2CZSZ方法的特點(diǎn)

CZSZ方法作為一種新型制備超細(xì)化晶粒態(tài)板材的有效方法,具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):

(l)以近似純剪切變形的機(jī)理來(lái)細(xì)化晶粒,獲得的板材具備ECAP制備的棒體、塊體材料相同的優(yōu)點(diǎn),如致密、無(wú)夾雜、高強(qiáng)度等;

(2)試樣長(zhǎng)度尺寸無(wú)***,理論上試樣可以是無(wú)限長(zhǎng);

(3)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè),相鄰道次間無(wú)需拆模,工作效率高,便于實(shí)驗(yàn)工業(yè)化。CZsZ方法也有著自身的不足之處,如模具腔體尺寸精度要求高,前期調(diào)整間隙時(shí)間較長(zhǎng)。

2.材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中采用的材料為Zrn們。厚,經(jīng)過(guò)380℃x40min退火的T2紫銅板材(銅含量為99.91%),試樣尺寸為Zrn們。x20~x30Or?；胣。采用C路徑,即每道次擠壓后,試樣翻轉(zhuǎn)1800進(jìn)人下一道次。加工后的試樣經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光后,需再進(jìn)行化學(xué)拋光?；瘜W(xué)拋光液為3l[:33ml醋酸+33ml硝酸+33ml磷酸混合液,溫度控制在65一75℃,浸蝕時(shí)間控制在35一455。浸蝕后的試樣立即沖洗于凈,并立即放人裝有酒精的容器中保存防止氧化,以便下一步進(jìn)行金相觀察。研究表明,試樣Y面由于擠壓時(shí)細(xì)長(zhǎng)組織斷裂,晶粒細(xì)化、變形較大;X面變形非常小,可以忽略;而Z面幾乎不變化4[]。所以在研究時(shí),重點(diǎn)選擇Y面作為研究對(duì)象。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖3(a)為T2板材的原始態(tài)顯微組織,其晶粒粗大,且呈現(xiàn)出明顯的退火組織。圖3(b)為經(jīng)過(guò)1道次CZSZ變形后試樣的顯微組織,圖中部分的晶粒與原始態(tài)時(shí)相比有一定的細(xì)化,且晶粒取向也呈現(xiàn)出一定的方向性。圖3(c)為經(jīng)過(guò)3道次CZSZ變形后試樣的顯微組織,此時(shí)晶粒與原材料相比,明顯細(xì)化并且由于在模具轉(zhuǎn)角處發(fā)生的剪切作用下被拉長(zhǎng),剪切作用的方向較為明顯。圖3(d)為經(jīng)過(guò)6道次CZSZ變形后試樣的顯微組織,此時(shí)晶粒細(xì)化效果很明顯,并且晶粒較為均勻,剪切力作用下的剪切流線表現(xiàn)出明顯的流向性。

通過(guò)對(duì)圖3中顯微組織的觀察,可以發(fā)現(xiàn):隨著擠壓道次的增加,晶粒細(xì)化效果得到了進(jìn)一步

的提高,原來(lái)退火粗大等軸的晶粒組織基本消失,大量晶粒在轉(zhuǎn)角處因剪切力的作用被拉長(zhǎng)、剪碎,組織變得細(xì)小均勻,且晶粒呈現(xiàn)出明顯的剪切流線。圖4(a)、(b)分別為試樣抗拉強(qiáng)度隨擠壓道次變化曲線和硬度曲線。板材經(jīng)過(guò)6道次CZsZ剪切變形后,其抗拉強(qiáng)度由***初的210MPa提高到330MPa,硬度由原來(lái)的65HVI上升高到120HVI左右,并且在3一4道次之后基本保持不變。

在CZSZ過(guò)程中,試樣在模具腔體的轉(zhuǎn)角處,發(fā)生強(qiáng)烈的剪切變形。原來(lái)軋制態(tài)時(shí)粗長(zhǎng)的晶粒,經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)角時(shí)被拉長(zhǎng)、剪斷,使得原來(lái)粗長(zhǎng)的晶粒不斷地向著越來(lái)越細(xì)小均勻的晶粒方向發(fā)展。由于在轉(zhuǎn)角處,晶粒在剪切力的作用下,會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),因而部分晶粒的取向也發(fā)生了改變。隨著擠壓道次的增加,晶粒得到進(jìn)一步的細(xì)化,位錯(cuò)在增加的同時(shí),也容易在晶界處堆積、吸收、湮滅閻。從整體而言,位錯(cuò)數(shù)量在經(jīng)歷了3到4道次的變形后,基本保持不變。同時(shí),在后序擠壓中,硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)同時(shí)發(fā)生作用。所以,從力學(xué)性能曲線上來(lái)看,經(jīng)過(guò)3一4道次擠壓變形后,其抗拉強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能基本保持在一恒定值。

圖5為6道次CZSZ處理后的T2紫銅板材在不同退火溫度下的抗拉強(qiáng)度變化曲線。從圖中可以看出:在退火溫度較低時(shí),強(qiáng)度基本沒有變化;尤其是在退火溫度為100℃左右時(shí),其強(qiáng)度值由原來(lái)值會(huì)有小幅的提高;但當(dāng)退火溫度升高到300℃時(shí),其強(qiáng)度值明顯大幅下降,并低于原材料的強(qiáng)度值。出現(xiàn)上述現(xiàn)象,其原因是由于T2試樣處于低溫退火時(shí)(退火溫度低于300℃),可以有效地消除加工所造成的加工內(nèi)應(yīng)力,晶粒尺寸基本不會(huì)發(fā)生大的變化,有利于其強(qiáng)度等力學(xué)性能的保持;但當(dāng)退火溫度接近300℃時(shí),此溫度達(dá)到了T2紫銅的再結(jié)晶溫度,晶粒發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶迅速的長(zhǎng)大,使其力學(xué)性能大幅下降。

4.結(jié)束語(yǔ)

利用退火態(tài)的T2紫銅板材,在經(jīng)過(guò)6道次的CZSZ剪切變形后,并分析其相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果,可以得到幾下結(jié)論:

(l)通過(guò)CZSZ變形后,板材的顯微組織可以得到明顯的細(xì)化,并且晶粒較為均勻、呈現(xiàn)出明顯的流線形態(tài)。

(2)經(jīng)CZSZ變形后板材的抗拉強(qiáng)度由軋制態(tài)的210MPa提高到330MPa,其力學(xué)性能得到明顯提高。

(3)低于材料再結(jié)晶溫度的退火不會(huì)降低剪切變形后的T2板材力學(xué)性能。

來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)   作者：程石來(lái)

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