多向挤压对纯铜组织与性能的影响(2)
铜是日常生活中最常用的金属之一，为人类的进步起到了不可磨灭的效果。然而在电子、化工、通讯、电力、航天航空等领域中，由于铜的强度较差，极大程度地限制了其使用价值。因为本文讨论将通过对铜进行细晶强化可达到不降低塑性的同时大大地提高其强度。
目前而言，运用多向挤压对纯铜进行细化的研究并不多，尚未达到成熟阶段，而针对铜的细化方法研究主要集中在表面机械研磨（SMAT）、等角径挤压（Equal Channel Angular Pressing，ECAP）、异步轧制（ARB）、动态塑性变形(dynamic plastic deformation，DPD）等。为了充分认识和运用多向挤压技术，需研究纯铜在挤压过程中的细化机制。本文通过实验研究多向挤压对纯铜，包括其拉伸性能、组织变化和工艺手段等对性能的影响，从而为充分认识并良好地运用该技术奠定坚实的基础。
1.2 铜的发展和应用
铜，历史上人类最早使用的金属材料之一，其泛用程度仅次于铁、铝。早在史前时期，人类就已通过挖掘铜矿而得到的铜制造成武器、器皿和装饰品等。铜地壳中含量约为0.01%，其表面一般呈现紫红色光泽，在自然界则一般以铜矿物的形式存在。
铜具有十分优秀的物理化学性能，包括高延展性、导电率、抗腐蚀性和导热性，同时还有着十分优良的塑性变形能力。随着时代的进展和我国经济高速发展的大环境下，电气、轻工、化工、国防工业、航天航空、建筑工业等领域对铜的加工料需求越来越大，尤其针对于高、尖、精的铜加工料。中国作为全球第二大铜生产国，但在生产电解铜过程所用原料中，国产矿产铜只占到了1/4，其余再生铜、铜精矿等原料则主要依靠进口。由于现代工业的大力发展，每年对铜材料的需求都在上升中，尤其是高、尖、精的铜加工材，在市场上和技术上都有很好的发展空间。基于此环境条件下，这就对我国铜加工材提出了更高的要求，不单单包括在其物理性能、化学性能、机械性能、加工精度和表明品质等的提高，还包括了需适应各种特殊要求的高、尖、精新型产品。
1.3 多向挤压工艺
1.3.1多向挤压工艺原理
20世纪90年代除，来自俄罗斯科学院的SALISHCHEV等教授所提出的对块状试样加工成形，从而经过大塑性变形(SPD)而获得超细晶组织，这种方法被称为多向挤压。其是在研究钛铝合金的过程中开发出了这一工艺：第一步先通过热机械变形方法，从而达到细化材料内部晶粒尺寸的效果，然后再通过后续的超塑性变形法对组织的均匀性进行改善，在完成这些步骤后，最终使其在超塑性变形条件下，再对试样进行热机械变形。SALISHCHEV采用该方法后，成功制作出平均晶粒尺寸达到100nm的TiAl合金块状体材料，至此之后通过对方法的不断改良，使得该方法更加完善后，又成功制得平均晶粒尺寸达到60nm的Ti6AL-3.2Mo合金块状体材料。
实质上，多向挤压属于一种自由锻变形工艺。在此工艺中，使材料经过反复多向的墩粗，即经过墩粗、拔长、墩粗、拔长的过程，使得其在各个轴向上都对材料进行了锻压，从而令其随着外加载荷力大小的变化而产生不同量的伸长以及压缩。在此过程中，材料里的晶粒因发生了动态再结晶而达到了细化晶粒的效果，从而达到了改善性能的效果。原理图如图1.1所示。
图1.1 挤压原理图
在模具中间有一通道，该通道在垂直于XY平面上为正方形。进行试验时，首先将经过事先润滑的坯料垂直放入通道，此时模具与通道垂直Y轴方向的侧面是呈接触状态，然后再对其进行锻压。由于坯料在Y轴方向受到了模具侧面的限制，这样使得其在挤压过程中只能压着X轴的两向流动，即可将此反复挤压过程看作是一平面应变状态。随着压头的不断下行，坯料不断对两端进行填满。最终当压头无法再下行时，挤压的过程即为结束。在此过程实现了变形前后坯料的形状以及大小都未发生变化，随后再取出坯料旋转，再重复以上过程，最终使得材料内部积累够一定的应变。
上一篇：不锈钢等离子体电解阴极氧化强化