大应变挤出切削制备铝合金超细晶金属材料及其机械力学性能研究

超细晶/纳米晶金属材料因其晶粒细小、位错及缺陷密度高，常表现出比传统粗晶金属材料更为优异的物理化学性能，而倍受关注。大应变挤出切削法作为制备超细晶/纳米晶金属材料的新兴方法之一，具有许多独特的优势，近年来受到普遍的重视。然而，对于该工艺在生产实践中的参数合理选择、工艺的优点和缺陷，以及该工艺制备的超细晶/纳米晶金属材料的机械力学性能等方面的研究，还相当缺乏。因此，有必要就此展开充分的研究，以明确大应变挤出切削工艺的应用范围及发展方向。本文采用有限元分析软件Deform3D构建了大应变挤出切削三维热力耦合模型，充分研究了挤削参数：切屑厚度压缩比、刀具前角、刀屑摩擦系数及切削速度，对材料内部的等效应变、等效应变率、等效应力以及温度的大小及其在挤削变形区、切屑厚度、切屑宽度上的分布均匀性和切屑形貌的影响规律。结合有限元分析结果与挤削试验，获得了较优的挤削参数，成功制备了具有超细晶结构的铝合金金属材料，并明确了工艺存在的缺陷。对制备的铝合金超细晶金属材料的机械力学性能：硬度、拉伸性能、微动摩擦磨损性能等进行的研究表明，挤削后铝合金的维氏硬度、抗拉强度、摩擦磨损性能等均有了不同程度的提升。同时，采用金相显微镜、超景深显微镜以及扫描电子显微镜等手段对比分析了挤削前后铝合金金属材料机械力学性能变化的原因，以及切屑厚度压缩比、刀具前角对机械力学性能的影响规律。