U形卡槽的沖壓工藝及模具設(shè)計【含46張圖紙】

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Effect of route, number of passes and initial texture文獻、資料來源： Materials Science and Engineering文獻、資料發(fā)表（出版）日期： 2003院 （部）： 材料科學與工程學院專 業(yè)： 材料成型及控制工程班 級： 成型053姓 名： 李超學 號： 2005101234指導教師： 任國成翻譯日期： 2009.4.28山東建筑大學畢業(yè)設(shè)計外文文獻譯文中文譯文：在等靜角擠壓中織構(gòu)的轉(zhuǎn)變第一部分 變形路線、道次和初始織構(gòu)的影響摘要試驗結(jié)果表明，等靜角擠壓（ECAE）是一種有效的技術(shù)來控制金屬和合金的織構(gòu)。兩個過程參數(shù)、變形路線和道次都對織構(gòu)的轉(zhuǎn)變有重要的影響。變形路線確定了允許建立許多新的組成部分的目標。在四道次以前，變形取決于變形路線和初始織構(gòu)，產(chǎn)生了由弱變得很強的所有類型的織構(gòu)強度，而在四道次以后，將會看到織構(gòu)以所有的路線全面變?nèi)?，產(chǎn)生了一個由適中到強再到很弱的織構(gòu)，一個簡單的泰勒模型表明一個機械純剪切激活的晶體滑移是控制織構(gòu)取向的管理機制。然而，在四道次以后，具有高取向誤差的亞微米晶粒結(jié)構(gòu)相信可以限制晶體滑移和織構(gòu)變?nèi)酢?、 導言 亞微米晶（SMG）材料（晶粒尺寸小于1微米）是具有吸引力的工藝對象，這是因為他們表現(xiàn)出不同尋常的物理和力學性能。密集的塑性變形已經(jīng)被證明為是產(chǎn)生SMG材料的有效的方法。很多技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的應變水平。特別令人感興趣的是等靜角擠壓方法允許通過簡單的剪切產(chǎn)生SMG散裝件。ECAE技術(shù)加工的材料的組織和性能在過去的五年以達到很高的水平。尺寸非常細的晶粒（小于1微米）會表現(xiàn)出不同尋常的性能，如理想塑性、高強度、較高的塑性和韌性、低溫超塑性。最近一些研究的重點放在ECAE變形金屬的織構(gòu)上。通過ECAE對晶粒細化機制進行織構(gòu)分析是極為重要的。這一階段對各種類型的ECAE變形及模具角度相符合的少數(shù)特定織構(gòu)進行了調(diào)查和模擬，本文的意圖是介紹對在材料降到室溫下通過模具角度為90的ECAE加工后織構(gòu)形成的系統(tǒng)研究。這項研究闡明了ECAE技術(shù)來控制織構(gòu)的潛力。2、 實驗2.1 原始材料和ECAE加工高純度的Al0.5Cu合金是均勻和分散的塑件。這種單相高層錯能（SFE）合金是分析織構(gòu)轉(zhuǎn)變的方便材料，所有的試樣遵守兩個ECAE道次由路徑C經(jīng)過250c一小時的退火來產(chǎn)生一個再結(jié)晶晶粒為60微米的均勻和堅固的織構(gòu)。當然，有些試樣隨后通過四道次路徑C和300c下一小時退火來產(chǎn)生再結(jié)晶晶粒尺寸為100微米的弱織構(gòu)。有一天平板產(chǎn)品組織水平的發(fā)展被大家越來越多的關(guān)注，ECAE成了進行平板生產(chǎn)的方法，一個特殊的注釋應該加在這個情況下對工藝路線的定義上，規(guī)定選擇剪切水平和方向的不同路線將會在隨后的道次中通過坯料在xyz軸上的旋轉(zhuǎn)來達到。同樣的拉長坯料在通常狀況下研究時在路線A的每個道次中坯料的傾向性并沒有發(fā)上變化。在路線B中，試樣在Z軸上旋轉(zhuǎn)90。在路線D中，試樣在每個道次不斷地圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)+90，在路線C中試樣在每個道次不斷地圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)+180，值得注意的是，Z軸是平板鋼在B和D路線中以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的，而不是拉長坯料的X軸。對于較強的初始織構(gòu)，A、B和D路線研究證明是通過1、2、3、4、6和8道次完成的。對路線C則是通過從一到八的所有道次來完成。對于弱初始織構(gòu)，只做了經(jīng)路線A和D從一到四道次的實驗。ECAE實驗是在低于室溫和一個較低的柱塞速度下完成的。每個道次的工序需要小心控制。被較好潤滑的75mm*75mm*15mm的試樣在一個有尖角的模具以與每道次中一個正確的應變值（=1.16）相應的90進行加工。圖一 平板的ECAE2.2 織構(gòu)測量對晶體的測量通過Phillips XPert 衍射對一段與XY平面平行的中厚的坯料的織構(gòu)進行了調(diào)查，在部分極圖上111,200 and 220平面形成了。這個Beartex軟件用來處理原始數(shù)據(jù)，并為輻射散焦和計算取向分布函數(shù)（ODF）更正每組數(shù)據(jù)。一個對其本質(zhì)的分析通過檢查ODF在的固定植為0、5、10、15、20、22.5、25、30、40和45，這些是在Roe/Matthies會議上和歐拉角、一同由Beartex提出的。此外，Beartex估計的取向分布的積分強度在某一特定的范圍和定位空間內(nèi)，他是來描述晶粒的體積分數(shù)在某一范圍內(nèi)具有某一特定方向。大家可以考慮一下，組分在5范圍內(nèi)的分布?？棙?gòu)或OD指數(shù)是ODF極值的均方根（RMS），用于測量評估織構(gòu)強度。假定OD指數(shù)介于1到3t.r對應于任意弱織構(gòu)中。介于3到5t.r的對應于弱到中等織構(gòu)。5到20t.r與中等到強織構(gòu)相適應。在20t.r以上的與非常強的織構(gòu)相對應。最后對每個極圖來說，最后一個道次的擠壓軸（X軸）始終是面向X方向的，如圖4所示。在圖1中，垂直于極圖的平面是平行于Z軸的。2.3 織構(gòu)模型基于泰勒晶體塑性滑移模型的計算機代碼是用于測純剪切變形。它適用于塑性變形主要是由晶體滑移來完成的低相應溫度時。其他變形機制如剪切、孿生、晶界滑移和轉(zhuǎn)動還有晶粒的大小和形狀都不予以考慮。盡管這樣簡單，人們也發(fā)現(xiàn)該模型為研究單晶的織構(gòu)轉(zhuǎn)變提供了合理的預測，包括有中到高層錯能立方晶格金屬不管是何種變形模式，在模擬時取向為300和100分別會產(chǎn)生弱（無規(guī)則的）和強初始織構(gòu)。表一3 結(jié)論3.1 初始織構(gòu)較強的初始織構(gòu)（OD指數(shù)=21.7t.r）主要包括三個主要取向（表二）。這個不規(guī)則的織構(gòu)對應于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中最強的織構(gòu)。若初始織構(gòu)的OD指數(shù)為2.6t.r（表二）。3.2 織構(gòu)取向的轉(zhuǎn)變表一闡述了每個ECAE路線中主要滑移面的定義。表2-5則闡述了主要取向（歐拉角為、(Roe/Matthies)并對應于xyzuvw理想描述）和相關(guān)滑移面。織構(gòu)的取向也和這些有顯著特點的這兩種類型的初始織構(gòu)有著相似的變化。首先，初始織構(gòu)通過一和二道次中的取向移動和變?nèi)醍a(chǎn)生限制作用。（表2-5，請看路線A和D圖2a和b）在更高的道次數(shù)量時，初始織構(gòu)在取相上的影響消失了。例如，對三和四道次中通過路線D相反的極圖表現(xiàn)出與一個很強的無規(guī)則的初始織構(gòu)相似的取向。其次，ECAE路線在低道次數(shù)量時對織構(gòu)的取向產(chǎn)生了很大的影響。事實上，所有產(chǎn)生于四個被考慮道次的取相覆蓋了一個標準三角形的顯著區(qū)域。（表2-5，圖2-5）。例如，隨著一個較強的初始織構(gòu)，越來越多的取向如(1 0 2)2 4 1（路線A），(2 1 2)4 2 5（路線D），(4 1 6)4 1 3（路線C），(3 0 4)4 6 3（路線C），(7 2 10)4 9 1和(1 0 4)4 5 1（路線B）產(chǎn)生了。這些取向于傳統(tǒng)的成型方式相比是非同尋常的。第三，ODF分析表明，一些有限數(shù)量的包含一個或幾個主要取向的滑移面適于每條路線都有聯(lián)系的，不論他們的道次數(shù)量和初始織構(gòu)（表1-5；圖6）?；泼娴臄?shù)量由一到六。但是對每條線路來說，只有一到兩個主要的滑移面。這些主滑移面在路線A中被計作FC3和FC2（圖6），在B和D路線中被計作FBD2，在D路線的三個道次后被計作FD1，在路線B路線的3個道次后被計作FB3和FB1，在路線C中被計作FC3和FC1（表一）。大量的滑移面反映了這個不對稱的織構(gòu)。它是在一個道次后，通過一個無規(guī)則的初始織構(gòu)得到的（1 1 1）極圖表明的 ECAE中產(chǎn)生。這種模式與以Y軸成10-15角的平面軋制織構(gòu)（圖5b）相似。它直接影響這種不對稱。在更高的道次中，織構(gòu)保持是平面的和不對稱的。和其他的軋制情況不同。第四，在極圖證明的產(chǎn)生于不同路線的織構(gòu)和變形滑移面有一些相似之處。ODF空間中對于一個給定的滑移面和截面，變形路線在取向上的作用是改變角。并在較小的程度上改變角。因此，角和角分別影響（X Y Z）平面和u v w方向。無論是在滑移面變化內(nèi)的主要取向還是有一個新取向的新滑移面產(chǎn)生，這個早先提到的特定名稱考慮到了這個相似之處。當一個滑移面有Fxy這種類型，它的字母X對應于特定的路線，（分別是A、B、C、D）而Y對應于一組特定的角度、。三個主要類型滑移面Fx1, Fx2 和 Fx3都被表一所示的確定。這些滑移面顯示了對大多數(shù)路徑和道次（例如對Fx1從(230, 0) 到(180, 45)）一系列的角、來說的相似價值。但在一定程度上，對和角的特定價值取決于變形路線。表一說明反極圖區(qū)域加上一系列平面和被主要滑移面所覆蓋的歐拉角（例如，F(xiàn)x1，當重組對應于FA1,FB1, FC1, FD1 和FBD1滑移面的所有路線）。表六說明在第一道次后ODF空間中的滑移面FA1,FA2和FA3。表二第五，對任何路線來說，取向的較少變化被看作是N道次增強，一些主要的滑移面和取向通過N的增加來選擇和保存。織構(gòu)轉(zhuǎn)變可以用簡單的規(guī)律來描述，它表明如何處理其力學性能對織構(gòu)的影響。表三 對路線A，材料變形接近單調(diào)，它產(chǎn)生了一些在取向上小的漸變，包括一些相同的平面如(1 0 2)和(2 1 3) 這種類型的線型轉(zhuǎn)變跟軋制種的相似。 對路線D三道次后，在ODF中沒有顯著的變化，無論是何種初始織構(gòu)，也沒有可觀察的極圖，每道次不斷旋轉(zhuǎn)90，這種情況是非常令人驚訝的。然而，對每個極圖或ODF，以N道次的旋轉(zhuǎn)作為參考，因此旋轉(zhuǎn)90的作為N-1道次。 對路線B，可以注意到一個特殊的轉(zhuǎn)變，在三道次后，雖然極圖模型出現(xiàn)不同，但主要成分并沒有發(fā)生顯著變化（圖三；表四）。事實上，相應奇數(shù)道次的極圖通過與之相應的道次可被近似的推斷為使鏡面對稱的。她的平面可在圖四中顯示出來。這些循環(huán)變化與平板在路線B中的不斷旋狀90是有關(guān)的。 路線C是最典型的（圖三；表四）。因為純剪切在隨后的道次中是轉(zhuǎn)化的，所以織構(gòu)往往變回前幾個道次中的初始強織構(gòu)，由于被晶體結(jié)構(gòu)和變形史的強制限制，N-2道次總的織構(gòu)在N道次的回復并沒有被充分的認識到，相反，一些新型的細小織構(gòu)永久的產(chǎn)生，給予一個較強的滯后現(xiàn)象，在圖三中所示的對N=3、5和7，主平面接近（1 0 3）和（2 1 2）。而對N=2,4,6和8，主平面確定為(7 2 10)(3 0 2)。同樣，主滑移面強度，F(xiàn)C1特別是FC3是交替的（表四）。表四表五圖二 對路線C兩道次后的強（a）和弱（b）初始織構(gòu)，和四道次后的強（c）和弱（d）織構(gòu)的與（0 0 1）相反的極圖3.3 織構(gòu)強度轉(zhuǎn)變對織構(gòu)強度的研究揭示了由圖7a所顯示出來的幾點。首先，初始織構(gòu)對低ECAE道次中的織構(gòu)強度施加較大的力。對任何道次，初始織構(gòu)越強，在少數(shù)ECAE道次中由OD指數(shù)和主要部分的百分數(shù)表示的織構(gòu)就越強。在高壓下，三或四道次后，初始織構(gòu)對織構(gòu)強度的影響明顯降低。其次，隨著道次的增加織構(gòu)強度全面減小，OD指數(shù)或取向百分數(shù)明顯減少，對弱初始織構(gòu)，最強的織構(gòu)在A或D路線中的一和二道次中產(chǎn)生。三道次后，弱織構(gòu)出現(xiàn)了。對于一個較強的初始織構(gòu)，這兩個區(qū)域是可以劃分的，最急劇的變化和最強的織構(gòu)在四道次以前獲得，而四道次后，織構(gòu)強度的減少和中強到很弱取決于道次的織構(gòu)產(chǎn)生了。第三，織構(gòu)強度轉(zhuǎn)變?nèi)Q于路線，路線A、B和D呈現(xiàn)出織構(gòu)強度的不斷減少，路線D和A在四道次后對FD1和FA1滑移面的織構(gòu)變化是最有效的，這部分包含不足總體積的百分之四，在路線B中，對一個強初始織構(gòu)，在OD指數(shù)從5到7時獲得一個中強織構(gòu)是可能的。路線C是特殊的，它顯示了織構(gòu)強度的循環(huán)變化，在四道次后，織構(gòu)對奇數(shù)道次是很弱的，但對FC3滑移面的主要取向是的道次是很強的。她的組成部分在12%至14%和不到5%區(qū)間內(nèi)震蕩（表4）。圖三 路線C中二（a）、三（b）、四（c）、五（d）、六（e）、七（f）道次后與（0 0 1）相反的極圖圖四 對強初始織構(gòu)經(jīng)路線B在三（a）和四（b）道次后的（1 1 1）極圖圖五 通過模擬(a,c,e)預測的和實驗性的(b,d,f)(1 1 1)極圖分別對應于(a),(b)-對弱初始織構(gòu)的一道次；(c)(d)-對強初始織構(gòu)經(jīng)路線A的四道次；對強初始織構(gòu)經(jīng)路線C的四道次3.4 織構(gòu)取向模型一般說來，模型為強和弱織構(gòu)都提供了很好的織構(gòu)取向的預測，這證明ECAE變形是純剪切（圖5和8）。隨著無規(guī)則初始織構(gòu)一個緊密相配被發(fā)現(xiàn)了，因為織構(gòu)是最容易產(chǎn)生的而且大量取向在計算中被確定，例如，對無規(guī)則初始織構(gòu)，對路線D升到三道次和路線A升到四道次（將圖2b和8b相比）獲得了試驗和模擬的相關(guān)性。模型所給的主要變形滑移面是路線A中的FA2和FA3，路線C中的FC1和FC3。路線D的FD1和FD2，路線B中的FB1和FB3，F(xiàn)x1類型的滑移面從(1 0 3)平面變到（1 1 7）平面，F(xiàn)x2的從（2 1 2）平面變到（3 3 4）/（2 2 3）平面，F(xiàn)x3以（1 0 3）和（7 2 10）作為主平面。類似的趨勢在相應路線中通過實驗看到。最后，模型證明了在路線C時織構(gòu)的循環(huán)轉(zhuǎn)化。盡管取得了這些成功，隨著道次的增加，在模型和實驗間也有差別。例如，對路線D的四道次，計算機代碼選擇了平面（1 0 3），尤其是（3 3 4）而不是（1 0 3），（2 1 2）通過實驗獲得（將圖2d和8b相比）。強初始織構(gòu)有了更明顯的變化。在路線C中，模擬無法獲得重現(xiàn)被滯后作用強加的逐步織構(gòu)變化。事實上，在兩個織構(gòu)兼有相當?shù)恼鹗?，最初的一個和其后的一個。圖六 對弱初始織構(gòu)一道次后的典型滑移面3.5 織構(gòu)強度模型織構(gòu)強度的模擬在圖7b中顯示出來，在所有情況下，模擬預測出比實驗中強很多的織構(gòu)，強度的二和三規(guī)定的OD指數(shù)值是有很大不同的（相比于圖7a和b）。此外，不管什么樣的初始織構(gòu)，當?shù)来卧黾訒r在A、B和D路線得到了不斷增強的力，這一結(jié)果使通過實驗使織構(gòu)顯著變?nèi)跏敲艿摹? 討論試驗和模擬表明，在很大程度上，ECAE使織構(gòu)取向和強度容易控制。兩個具體的ECAE參數(shù)。路線和道次數(shù)量被證明對這種控制是非常有效的。強和接近無規(guī)則的初始織構(gòu)的影響已經(jīng)研究過了，說明這些作用是非常方便的，首先對織構(gòu)取向，其次對織構(gòu)強度。圖七 經(jīng)路線A,B,C,D隨著道次數(shù)量的增加對強和弱的初始織構(gòu)的實驗性和模擬的OD指數(shù)4.1 織構(gòu)取向的轉(zhuǎn)變織構(gòu)取向?qū)μ幚碛赡M證明的宏觀構(gòu)成來說是很靈敏的。這個給予泰勒理論的簡單模型表明通過凹平面由純剪切進行力學活化的晶體滑移是主要機制。它是通過由顯示在其上的ECAE來控制織構(gòu)轉(zhuǎn)化的。這闡明了滑移面形成的原因和無論是怎樣的ECAE道次或路線下的一些的滑移面的相似性。由于純剪切的限制性，晶體滑移選擇了一些積極有利的穩(wěn)定取向。它可以依靠他們的初始織構(gòu)來獲取所有的變形晶粒。然而，在多晶體中，大部分晶粒找到了這些理想取向中最緊密的取向。隨著緊密取向，這些重要的不斷排列的晶粒，應更準確稱之為滑移面或管道，在材料內(nèi)部產(chǎn)生。對一個給定的材料，這樣的滑移面就產(chǎn)生了。純剪切對有多種滑移面證明的對稱織構(gòu)是可靠的。圖八 經(jīng)路線D兩道次后（a），經(jīng)路線D四道次后（b），經(jīng)路線A四道次后（c）對弱初始織構(gòu)通過模擬預測的與（0 0 1）相反的極圖取向轉(zhuǎn)變的復雜性表現(xiàn)出一種ECAE路線的功能。路線是一種最有影響力的因素。因為它在每道次中選擇一組剪切平面和方向，并用確切的織林該計劃它們。因此，即使純剪切在每個道次都出現(xiàn)而且容易產(chǎn)生相同的織構(gòu)。在N道次進入ECAE模具中試樣初始織構(gòu)將會是在特有的道次中通過轉(zhuǎn)動的每條路線產(chǎn)生不同。因此，第N道次完后，最后織構(gòu)在每條路線中是不同的。對路線A，積累的應變接近于單調(diào)和在同一平面的。這樣只有少數(shù)織構(gòu)取向的漸變。路線C是循環(huán)的平面變形情況。在那剪切方向在每個道次的發(fā)生循環(huán)織構(gòu)轉(zhuǎn)變的相同剪切平面出現(xiàn)反向。路線B、D在變形的三個方面是非單調(diào)的。這些非單調(diào)的路線B、D和C給了這種最不規(guī)則和易變的織構(gòu)轉(zhuǎn)變。顯著的影響是（1）滑移面的主要取向每個道次都變化；（2）一些滑移面在其他的損失時變得顯著。（3）滑移面部分或全部的改變。由于多種組合的加工路線?？刂瓶棙?gòu)的機會很多，然而產(chǎn)生任何可能的取向是不可能的，因為有純剪切引起的晶體滑移將趨向于產(chǎn)生一些特定的取向。相比于ECAE路線初始織構(gòu)和道次對織構(gòu)取向起到了限制作用。在前幾道次（N=1，2，3）初始織構(gòu)起到了限制作用。這些作用在N3時消失。每個道次的變形數(shù)量太高以至于初始影響減少被證明了。甚至在路線C，盡管有純剪切的轉(zhuǎn)化和滯后性的原因，在兩道次后，使初始織構(gòu)不同而獲得了組成部分。最后，隨著道次的增加，減少的織構(gòu)取向的變化發(fā)生了。在每個由織構(gòu)削弱和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變導致的在最后取向周圍的全面?zhèn)鞑コ霈F(xiàn)了，其解釋如下。4.2 織構(gòu)強度轉(zhuǎn)變織構(gòu)由中等到很低的全面削弱隨著道次的增加被觀察到。特別是三或四道次后，不管是怎樣的初始織構(gòu)，織構(gòu)的無規(guī)則性通過初始織構(gòu)而增強是在減少指令的影響下，對路線D、A和C（在奇數(shù)道次的最后情況）。在強初始織構(gòu)下通過路線B或C四道次獲得中強的織構(gòu)是可能的。隨著道次的增加而軟化的織構(gòu)也可被發(fā)現(xiàn)。而與實驗相對，計算機模擬預測在高應變下變得不怎么準確。這些相互矛盾的結(jié)果證明晶體滑移對ECAE中的織構(gòu)轉(zhuǎn)變并不是唯一可靠的機制。特別是，簡單的泰勒代碼并沒有考慮到發(fā)生在對ECAE中的所有微觀組織變化。有關(guān)ECAE的大量文獻表明在高應變下，一種亞微米結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了。組織的分解和精煉被動態(tài)再結(jié)晶所物理性引起，他被認為與這樣的機制有關(guān)，例如晶粒/亞晶粒。基本上，在第一道次屬于每個滑移面的區(qū)域分為高壓和不當取向的SMG結(jié)構(gòu)。它使更多的X射線和若滑移面分散開。在高壓中織構(gòu)傳播的發(fā)生被不同的處理而報告，這其中包括如減少90-95%后的軋制。大多數(shù)意見是對應變提出的。她并不像這項研究一樣那么多。當ECAE達到塑性應變很高的水平，通過誘導動態(tài)再結(jié)晶物理性的促進產(chǎn)生弱織構(gòu)，甚至無規(guī)則織構(gòu)是可能的。在回復中，ECAE被證明是在大量坯料劇烈塑性變形是使亞微米晶大小的晶粒細化的有效技術(shù)。在織構(gòu)控制中，對敵道次（N4）中轉(zhuǎn)變提供了基本和有影響的機制，3 所有類型的織構(gòu)強度通過控制道次數(shù)量來獲得；對低道次數(shù)目（N4）中由很弱接近無規(guī)則到中強。4 一個簡單的泰勒模型表明由純剪切增強的晶體滑移是在ECAE中確定織構(gòu)取向的主要機制。這合理的解釋了在每個道次中主要取向和滑移面的獲得，有少數(shù)類型的滑移面，它是ECAE純剪切變形模式的特性，被確定了。5 泰勒模型未能預測織構(gòu)強度因為與晶體滑移相對的其他各種機制在高變形水平下變得很有效。這些機制有利于物理性的誘導動態(tài)再結(jié)晶和產(chǎn)生亞微米結(jié)構(gòu)。當然它往往是很弱的，在這些情況下，接近無規(guī)則結(jié)構(gòu)。路線A和D對織構(gòu)的無規(guī)則性是最有效的。6 初始織構(gòu)在變形早期限制了織構(gòu)取向，但對織構(gòu)強度確有顯著作用。對路線C，它的影響是最大的。鳴謝作者希望感謝對這項工作有貢獻的其他人，特別是Prof. H.R. Wenk和Dr. D.Damodaran。15