Ti-6Al-4V合金等通道转角挤压的三维有限元模拟

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等通道转角挤压(ECAP)方法作为强烈塑性变形(SPD)工艺的一种,能使变形材料的晶粒细化至亚微米级甚至纳米级,在增加变形材料强度的同时又不损失其延展性,是目前制备块状大尺寸超细晶(UFG)材料最有效的强烈塑性变形方法,具有良好的工业应用前景。本研究利用DEFORM-3D软件,构建Ti-6Al-4V合金材料在不同参数下的ECAP有限元模型,对变形体在ECAP过程中的变形行为进行分析,来研究不同温度、摩擦、模具几何因素、变形速度等参数下对于变形体晶粒细化的影响,以获取模拟状态下的最优晶粒尺寸,进而为实际工艺的制定提供理论指导。根据内转角120o、外转角37o、摩擦系数0.1、温度920℃、变形速度3mm/s参数下的载荷随时间变化曲线,可以将ECAP过程定义为开始阶段、过渡阶段、稳定阶段和终了阶段。其中稳定阶段为主要的变形阶段,在此阶段中材料连续稳定地发生剧烈剪切变形,相应地载荷基本保持不变。在挤压完成时,试样内部获得具有较大等效应变的稳定区域。不同的温度条件下(860℃、890℃、920℃、950℃)的模拟结果表明变形体在挤压变形过程中随着温度的升高所需的载荷呈降低趋势,剪切变形更容易发生,但不利于晶粒的细化。不同外转角条件下(0o、37o、60o)的模拟结果表明外转角的增大有利于金属的流动,使挤压过程所需要的载荷降低,但是却使试样内发生稳定变形的区域减小,最终的等效应变分布随着外转角的增大不均匀性增加。不同的摩擦系数条件下(0.05、0.1、0.2)的模拟结果表明随着摩擦系数的增大,变形后试样底部区域内等效应变值较大,使得试样内部变形分布不均匀性加剧,导致挤压过程中所需载荷剧增,是极为不利的因素。
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