镁合金热微挤压工艺研究+文献综述(7)
(3)润滑
微塑性成形中存在摩擦效应，在润滑状态下，随着试样尺寸的减小，摩擦大幅度增加，即摩擦系数呈现增大趋势。镁合金微挤压时，为了降低坯料与模具之间的摩擦力，改善金属流动性，提高挤压件的表面质量和模具使用寿命，需要采用润滑剂进行润滑。镁合金的微挤压可以采用石墨、二硫化钼、动物油或植物油以及石墨和动物油的混合物等作为润滑剂。
(5)挤压速度
微挤压速度的选择原则是：在保证挤压件不产生表面裂纹、毛刺、扭拧、弯曲、间隙、扩口以及尺寸等质量问题的前提下，挤压速度越快越好。
(6)挤压比
为使镁合金微挤压件获得较佳的晶粒组织和理想的力学性能，需要确定合理的挤压比。Takeshi Yamaguchi[28]等人研究了挤压比对镁合金挤压件的组织与力学性能的影响，研究发现，挤压比为10时获得的挤压制品质量最佳。
1.2.4 变形镁合金等径角变形研究
等径角变形，又称等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Processing，ECAP)，是通过强烈纯剪切塑性变形而获得大尺寸亚微米或纳米级块体材料的有效方法之一。ECAP技术是前苏联科学家Vladimir Segal[29]及其合作者在1977年提出的，最初的目的是在不改变试样横截面积的同时引入强烈塑性变形。到90年代初期，ECAP作为一种能够获得超细晶粒的强烈塑性变形方法而得到进一步的发展与应用，是制备金属超细晶材料的常用技术之一。
目前，国外从事ECAP研究的主要有美国德克萨斯A&M大学A. M. Segal的小组、南加利福尼亚大学的T. G. Langdon的小组、美国Almos国家重点实验室Y. T. Zhu和S. L. Semietin的小组、俄罗斯UFA航空学院R. Z. Valiev的小组、日本九州大学堀田善治的小组、日本大阪府立大学东健司的小组等。国内有南京理工大学、哈尔滨工业大学、清华大学、中国科学院金属研究所、上海交通大学等单位在进行研究。
1.2.4.1 ECAP工艺
ECAP的基本原理是通过两轴线相交且横截面相同的通道，两通道呈一定角度，将材料施加压力从垂直通道挤压通过转角后在另一出口挤出，使材料发生剪切变形，获得大的剪切应变量，从而使晶粒得到细化。其变形原理如图3所示，假设在材料内取变形前后的单元格l和单元格2，当发生塑性变形时，由于受通道的弯角作用，单元格1通过转角时受到各边产生巨大的剪切作用力而使发生转动，转变为单元格2，从而导致材料组织细化，其变形量大小可以根据公式1.1计算。ECAP工艺因变形前后材料形状保持不变，可以将试样反复地多道次挤压。每经过一个道次的挤压，材料内就会积累应变量~1，经过反复多道次挤压，试样就会积累大量的变形能。材料内引入大的塑性变形，能够使材料内晶粒充分细化，并且随着应变量的增加，有利于小角晶界向大角晶界的转变[30]。
在镁合金ECAP过程中，影响材料组织和性能的工艺参数主要包括：模具结构、挤压路径和挤压道次，挤压温度和挤压速度等。
图1.4 等径角挤压示意图[30]
(1)模具结构
模具结构既决定每道次应变量的大小，又影响应变的均匀性，从而影响晶粒细化效果。ECAP模具结构参数主要包括：两通道夹角Φ、内侧过渡圆弧半径r和外侧夹角Ψ、外侧圆弧半径R等，如图1.4所示。Iwahashi[31]给出了在摩擦条件下的总应变计算公式：
（1.1）
其中N表示挤压道次。
在ECAP模具结构相关的几何参数中，两通道夹角Φ是影响应变量的最主要因素，其基本确定了单次变形的应变量，决定晶粒细化的效果。试验研究表明[32]，两通道夹角Φ较小时，每道次可以获得较大的应变量，当Φ=90°时晶粒细化效果最佳。加大内侧过渡圆弧半径r可以降低应变量，但r过小会在挤压转角内侧处形成未填充型区；降低外侧夹角Ψ可以增大每次变形的应变量，但Ψ值过小会在挤压材料外侧形成难变形区，不利于挤压材料的均匀化。因此选取合理的模具结构参数对于细化晶粒，提高材料的强度和韧性具有十分重要的意义