ECAP对轻合金的力学性能影响研究+文献综述(3)
1．2．1 ECAP 工艺原理
ECAP原理如图1-1所示，具有相同形状和相等横截面积的两通道按照一定的角度相互贯穿而成的，相交内角为φ，外角为ψ。在等通道挤压过程中，将与模具通道尺寸紧密配合并且润滑良好的试样放入垂直通道中，在冲头的压力P的作用下挤压，使试样在经过两通道的交界处时，产生近似纯剪切变形。由于试样变形前后的结构和性能均匀，挤压前后试样的横截面积形状几乎没有改变，故可以进行多道次挤压，继而获得足够大的应变，从而使材料的晶粒得到细化，综合性能获得较大的提高。
图1-1 等径角挤压原理图[25]
挤压过程中，分三个步骤进行晶粒细化:首先，粉碎粗大晶粒得到一系列具有小角度晶界的亚晶，形成宽度一般为几微米或亚微米并沿着一定方向拉长形成的亚晶带；接着亚晶被破坏，开始出现部分具有大角度界面的等轴晶组织；最后，亚晶带消失，显微组织主要为具有大角度晶界的等轴晶组织，晶粒位向差随剪切变形量的增加而增大。
1．2．2 ECAP组织的控制因素
各种实验因素对ECAP组织特征会产生不同的影响，这其中包括模具角度、挤压方式、挤压温度、挤压速度、所经受的累积应变以及挤压过程的摩擦条件等。同时材料的初始微观结构、相组成、试样在加工过程中滑移系统对ECAP组织也有重要的影响。
1．2．2．1 模具角度
ECAP变形过程与模具角度有关，不少研究者提出了总应变量与模具角度的关系式，其中Iwahashi[26]等人的理论较为准确，同时考虑了φ和ψ对 ECAP 的影响，试样经过多道次 ECAP 后，累积应变计算关系为
(1.1)
式中：N 为挤压道次。Nakashima[27] 利用φ位于90-157.5°之间的不同模具在室温下对纯铝进行ECAP试验。研究结果表明φ=90°的模具多道次挤压后应变累积效果最好，大角度的模具可使试样有较大的塑性应变值，但一般不能产生一系列的超细晶粒组织；反而在φ接近90°时，每一道次挤压都对试样施加了一个较大的塑性变形，且最容易得到具有大角度晶界超细晶结构。
1．2．2．2 挤压道次
根据式（1.1）的累积应变公式，可以得出随着挤压道次的增加，累积应变就越大，晶粒细化效果就更好，材料的性能也应该更好，但试验的结果并不完全是这样。张秀云[28]等人发现纯铝经过4道次ECAP挤压后，晶粒的平均尺寸从初始的508μm 细化到1.2μm 左右，但之后随着道次增加，晶粒细化效果不再十分明显。张焱[29]等人研究发现7075 铝合金经过退火处理、固溶处理和时效处理后，挤压一道次后的抗拉强度明显增大，但其后随着道次的增加，抗拉强度反而略有降低。晶粒细化的影响有待于进一步研究。
1．2．2．3 挤压路径
ECAP挤压过程可连续进行。根据相邻挤压道次间试样相对于模具的轴向旋转方向和角度的区别，可以把ECAP工艺路线可分为三种[30]，即A、B和C；根据旋转方向的不同，路线B又细分为BA和BC。如图1-2所示。路径A是挤出的棒料原方位再放入模具中进行下一道的挤压；路径B是挤出的棒料旋转90°后再放入模具中进入下一道的挤压，其中路径BA是连续两次挤压时棒材的旋转方向相反，而路径BC是连续两次挤压时棒材始终沿同一方向旋转；路径C是每次挤出的棒材沿同一方向旋转180°后再进入下一道次。试样通过在挤压过程中旋转方式的不同来开动不同的滑移系统，从而形成不同特征的内部组织结构。
图1-2等通道角挤压加工路线示意图[9]
上述的几种挤压路径哪一种是最佳晶粒细化方式，一直没有定论。