等通道弯角挤压(ECAP) 技术是目前正在研究开发的一种剧烈塑性变形工艺,它是将试样压入一个特别设计的模具中来实现大变形量的剪切变形。等径角挤压模具内有两个截面尺寸相等、形状相同并以一定角度交接的通道。在等径角挤压过程中,试样与模具中的通道尺寸紧密配合并与模壁润滑良好,在冲头压力的作用下向下挤压,当经过两通道的交截处时,试样产生近似理想的剪切变形。由于不改变材料的横截面形状和面积,故反复挤压可使各次变形的应变量累积迭加而达到很大的总应变量,导致材料晶粒的充分细化。
等径角挤压技术不同于传统的大塑性变形技术,它以纯剪切方式实现块体材料的大塑性变形,在不改变材料横截面面积和形状的条件下,只经过数次变形所产生的剪切应变量就相当于正应力作用下所完成的100比1甚至1000比l压下率的累积应变量,这是常规轧制、挤压等加工方法所不能达到的。另外,试样在重复挤压时,可以通过不同的挤压路径实现剪切平面和剪切方向的改变,从而得到不同的微观结构。由于该工艺能够制备具有微纳米结构的块状超细晶材料,因此被认为是具有工业化前景的剧烈塑性变形方法之一,
成功的ECAP工艺必须满足以下要求:在材料内部获得大角度晶界超细晶粒结构,并且在整个试样中形成均匀的亚微晶、纳米结构;经过很大的塑性变形后试样不产生机械损坏或裂纹。
虽然ECAP工艺能使挤压件反复挤出从而累积足够应变达到晶粒细化的优点,但ECAP工艺需要多次挤出,而经过多道次挤压后挤压件与模具的表面粗糙度增大,将会产生高摩擦,且挤出件端面不平整,横截面也因弹性而有所变化;同时,对于需要热挤压的材料,道次挤压之间还需要重新加热。上述工艺的复杂性制约了ECAP的工业化。因此目前正在积极开展基于传统ECAP原理的新工艺的研发工作。
为了实现ECAP工艺的产业化,目前ECAP工艺的研究热点包括:(1) 多弯角ECAP工艺。比如,采用双拐角模具可以一次挤出获得变形量较高的挤压件,同时在完成一个挤压循环后获得相对均匀的应变分布。(2) 连续ECAP工艺。研究表明,在连续挤压过程中摩擦是一个十分复杂的因素,随摩擦增大,进料轮扭矩会急剧上升,润滑问题需要解决。(3) 优化的模具几何形状、合适的工艺参数以及较好的挤压路线;以及在挤压过程中如何尽量减小摩擦,这对于提高模具寿命具有十分重要的意义。
总的来说,目前对ECAP新工艺变形机理的研究还很不够,虽然有为数众多的有关ECAP的科研论文及报道,但是相关的专利申请却较少;特别是在ECAP工艺方面,自发明至今仍无有关该工艺产业化的报道。因此,针对现有ECAP工艺存在的问题开发新工艺路线是ECAP工艺能否开拓其应用前景的关键所在。
|