等厚挤压SPD变形对铝合金带材组织性能影响的研究

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晶粒细化是惟一能够在提高金属材料的强度的同时又能保持较好塑性的强化方法,其中一个主要的实现途径就是形变再结晶,因此该研究一直受到人们的广泛关注。前人的研究表明:严重塑性变形(Severe Plastic Deformation,简称SPD)方法可以将金属材料的晶粒细化到亚微米级,加工成具有较高强度的超细晶材料,而且通过适当的热处理还可在强度损失不大的同时保持良好的塑性,为金属材料组织性能的改善指明了一个发展方向。迄今为止,利用严重塑性变形方法进行金属晶粒超细化的研究工作很多,并且产生了一些典型的制备超细晶金属的方法,但在制备较大规格以及较长尺寸带材方面还存在困难。本课题组研发出一种等厚挤压变形技术,克服了其他严重塑性变形方法的限制,具有工艺简单、可加工的带材尺寸较长等显著优点。本文利用此设备研究了等厚挤压变形对铝合金带材的变形、微观组织以及性能变化的影响。论文工作对于长尺寸金属带材的晶粒细化及组织性能改善的研究具有较好的参考价值,对于等厚挤压变形技术的工业化应用具有较大的实用价值。本文选用2.00 mm厚的5052和5083铝合金带材作为研究对象,通过等厚挤压变形以及对变形带材的多段高温短时退火,得到了一些有意义的结果。实验研究结果表明:利用铝合金自身的刚性,可以在等厚挤压设备上实现多道次SPD变形,道次应变量达到0.65。5052铝合金带材的塑性较好,可以顺利实现6道次的等厚挤压变形,变形后的平均晶粒尺寸在横截面上约为14.91 μm、纵截面上约为18.52 μm,比来料的晶粒尺寸小了近一倍,晶粒细化明显;维氏硬度由78.94 HV增加到104.12 HV,性能得到提升;变形前后5052铝合金带材的导电率几乎不变,变形6道次后的导电率由来料的35.8%IACS下降到35.4%IACS。5083铝合金的塑性较差,经过2道次等厚挤压变形便产生了断裂,最终获得的平均晶粒尺寸在横截面上约为10.53μm、纵截面上约为9.87 μm,与来料的晶粒尺寸差别不大,晶粒细化不明显;抗拉强度由323.05 MPa提升到330.06 MPa,屈服强度由145.62 MPa提升到195.41 MPa;维氏硬度由89.03 HV增加到126.07 HV;导电率变化不明显,从28.2%IACS下降到27.9%IACS。比较5052和5083铝合金的实验结果可知,5052铝合金带材经过6道次等厚挤压SPD变形后,其组织和性能得到了改善,强度指标接近高牌号的5083合金,而导电率则远高于5083合金。本文工作对于5系铝合金的晶粒细化及性能改善的系统研究具有重要参考价值,对于等厚挤压变形技术及设备的进一步改进具有实际意义。
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