ECAP模具设计与制造及ECAP工艺对铜性能的影响

• 作 者: 周怀存
• 出 处: 兰州理工大学
• 发表日期: 2008年01期
• 关键词: 超细晶材料 等径角挤压 模具 单晶铜 S-N曲线 疲劳断裂

众所周知,金属材料的许多性能与其晶粒尺寸有密切的内在联系。如随晶粒尺寸减小材料的强度硬度升高。因此细化材料晶粒一直是人们改善金属材料综合性能的一种有效途径。然而,由于技术及工艺上的种种约束,过去绝大多数金属材料的晶粒尺寸难以细化至亚微米以下。随着材料科学的发展及材料制备与加工技术的不断完善,自20世纪80年代以来人们开始研究晶粒尺寸细化至亚微米量级以下的材料,即超细晶材料。等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing简称ECAP)技术作为制备大尺寸亚微米、纳米级块体材料的有效方法之一,日益受到材料科学界的重视,被认为是最有前途的制备超细晶材料工艺。本文利用上限法计算了纯铜试样的变形抗力,设计并制造了模具角度分别为φ=120°、Ψ-=60°和φ=105°、Ψ=37°的ECAP模具,并对单晶铜和纯铜进行了ECAP试验。对单晶铜在φ=105°、Ψ=37°分别进行A和B_C两种路线的挤压试验研究表明:A路线对试样的细化效果比B_C路线的要好,抗拉强度、硬度、延伸率结果基本接近,抗拉强度分别在A、Bc路线7道次时达到420MPa和412MPa,维氏硬度分别在A、Bc路线12道次时达到156.6HV和153.5HV,延伸率分别在A、Bc路线时达到23%和26.5%。对纯铜φ=120°、Ψ=60°Bc路线和φ=105°、Ψ=37°B_C路线进行对比试验表明:φ=105°、Ψ37°Bc路线细化材料晶粒的效果较好,抗拉强度在8道次达到了430MPa,维氏硬度达到167HV,延伸率21%。对超细晶T2铜试样进行疲劳性能的测试,测出了它的S-N曲线,并利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行了分析测试,探讨了超细晶T2铜的疲劳断裂机理。