铝合金材料因具有密度低、强度高、耐腐蚀、易于回收和优质的机械性能等特性,在航空航天、汽车、船舶和机械领域得到了大量的应用。大塑性变形技术(SPD)作为一种有效改善材料性能的工艺方法,即通过剧烈的剪切变形能够细化材料的微观组织并提高其综合性能,在强度高、力学性能好的铝合金材料制备中获得了更多青睐。但传统大塑性变形技术通常存在工序繁琐、流程长、成本高且难于实现工业化应用等瓶颈。为此,本文以航空7A09铝合金为例,对连续变通道直接挤压法展开相关研究。该方法是通过在坯料与芯模之间增设若干数量的过渡模构造出连续变化截面的型腔通道,使流经的材料发生较大的剪切变形而改变组织性能,从而实现单道次内对挤出制品形/性的一体化调控。与传统挤压相比,过渡模在挤压过程中起到了承上启下的效果,增设不同数量及结构的过渡模可改变局部挤压比及累积应变量的大小,对挤出制品的组织性能与质量起到了关键作用。首先,根据连续变通道直接挤压原理及工艺特点,设计并确定所需的过渡模结构及形式,并利用有限元模拟来研究流经连续变截面型腔时的充填流动行为。以一、二阶过渡模为例,系统研究了挤压速度、摩擦因子和成形温度等关键工艺条件对7A09铝合金连续变通道直接挤压过程影响的研究结果表明,在一定范围内,挤压速度对坯料上最高温度峰值的影响非常显著,同时,适当提高成形温度或减小摩擦因子更益于挤压成形载荷的降低。成形温度和速度与挤压载荷呈反比关系变化,而摩擦因子则呈正比。比较而言,成形温度对挤压载荷的影响最为显著,当成形温度在一定范围内(380°C~430°C)增加时,载荷峰值下降,挤出材料的流动均匀性也随之得到提高。确定了在此条件范围内的合理挤压温度,为工艺试验提供了可靠的理论依据。随后,在挤压比不变的前提下,传统挤压、一阶及二阶过渡模挤压分别应用于7A09铝合金的工艺试验,从而对铝合金连续变截面直接挤压中微观组织演变及性能变化进行了分析。同时材料顺次流经各型腔并先后受到“镦-挤-镦”的连续加载作用而产生剧烈变形。经不同条件下微观组织及力学性能的对比分析可知,连续变通道直接挤压后晶粒形貌变得更加细小、圆整,均匀程度也随之提高。与传统挤压相比,一阶、二阶过渡模挤压后细化率分别得到了相应的提高,抗拉强度和断后延伸率均有所增加。综上可知,连续变通道直接挤压法具备高效、低耗和短流程等技术特征在获得高性能合金制品方面独具优势必将引起广泛关注。