简介概要

纯铝粉末多孔烧结材料等通道转角挤压

来源期刊:中国有色金属学报2009年第5期

论文作者:李萍 黄科帅 薛克敏 周明智 韩国民

文章页码:881 - 881

关键词:粉末烧结材料;组织;性能;包套-等通道转角挤压

Key words:powder sintered material; microstructure; properties; tubes-equal channel angular pressing

摘    要:以纯铝粉末多孔烧结材料为研究对象,在200 ℃下采用粉末包套-等通道转角挤压工艺制备了完全致密的块体超细晶材料,研究在挤压过程中3种路径(A、BC、C)对其组织和性能的影响。结果表明:在3种路径挤压下均实现了材料的晶粒细化与致密,其中路径BC和路径A的细化效果优于路径C的;以细化效果最佳的路径BC为例,初始平均粒径为46.8 μm,相对密度为0.88的粗大等轴晶组织经过4道次挤压后得到平均粒径为1.5 μm完全致密的超细晶组织,且屈服强度比初始时提高了两倍左右;3种路径下显微硬度与挤压道次的关系基本一致,即一次挤压后硬度比初始值提高了75%,之后随着挤压道次的增加,硬度增加趋于缓慢。

Abstract: Pure aluminium sintered material was successfully consolidated into fully dense bulk material by powder in tubes-equal channel angular pressing at 200 ℃. During the pressing, the effects of three routes (A, BC, C) on the structure and properties were studied. The results show that the materials are refined and compacted after pressing through three kinds of routes. The refining effect of routes BC and A are better than that of route C. Using route BC as example, the initial coarse equiax-grained microstructure with relative density of 0.88 and mean grain size of 46.8 μm becomes fully dense ultra-fine grained microstructure with mean grain size about 1.5 μm after four pressing passes. The yield strength is two times higher than that of sample before ECAP processed. The relationship between the microhardness and pressing passes under three routes is the same, that is to say the microhardness increases 75% after one pressing, while increases slightly where after.

基金信息:国家自然科学基金资助项目
安徽省自然科学基金资助项目



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文章编号:1004-0609(2009)05-0881-06

纯铝粉末多孔烧结材料等通道转角挤压

李  萍,黄科帅,薛克敏,周明智,韩国民

(合肥工业大学 材料科学与工程学院,合肥 230009)

摘  要:以纯铝粉末多孔烧结材料为研究对象,在200 ℃下采用粉末包套-等通道转角挤压工艺制备了完全致密的块体超细晶材料,研究在挤压过程中3种路径(A、BC、C)对其组织和性能的影响。结果表明:在3种路径挤压下均实现了材料的晶粒细化与致密,其中路径BC和路径A的细化效果优于路径C的;以细化效果最佳的路径BC为例,初始平均粒径为46.8 ?m,相对密度为0.88的粗大等轴晶组织经过4道次挤压后得到平均粒径为1.5 ?m完全致密的超细晶组织,且屈服强度比初始时提高了两倍左右;3种路径下显微硬度与挤压道次的关系基本一致,即一次挤压后硬度比初始值提高了75%,之后随着挤压道次的增加,硬度增加趋于缓慢。

关键词:粉末烧结材料;组织;性能;包套-等通道转角挤压

中图分类号:TG 376       文献标识码:A

Equal channel angular pressing of pure Al powder sintered material

LI Ping, HUANG Ke-shuai, XUE Ke-min, ZHOU Ming-zhi, HAN Guo-min

(School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract: Pure aluminium sintered material was successfully consolidated into fully dense bulk material by powder in tubes-equal channel angular pressing at 200 ℃. During the pressing, the effects of three routes (A, BC, C) on the structure and properties were studied. The results show that the materials are refined and compacted after pressing through three kinds of routes. The refining effect of routes BC and A are better than that of route C. Using route BC as example, the initial coarse equiax-grained microstructure with relative density of 0.88 and mean grain size of 46.8 ?m becomes fully dense ultra-fine grained microstructure with mean grain size about 1.5 ?m after four pressing passes. The yield strength is two times higher than that of sample before ECAP processed. The relationship between the microhardness and pressing passes under three routes is the same, that is to say the microhardness increases 75% after one pressing, while increases slightly where after.

Key words:powder sintered material; microstructure; properties; tubes-equal channel angular pressing

                    

  等通道转角挤压[1](Equal channel angular pressing,ECAP)作为一种独特的制备块体超细晶材料的新型塑性加工技术,受到了材料科学领域内研究者日益广泛的关注。近年来,针对ECAP开展了大量的研究,并成功地制备出Al、Cu、Mg、Ni和Ti等多种致密金属及其合金的块体超细晶材料[2-3]

  随着制粉技术的发展,粉末冶金材料在新材料研究中的优势越来越突出。传统的粉末烧结材料及其制品由于其内部存在大量的孔隙,使其强度和韧性大大降低难以在高负荷下使用。因此,为了获得所要求的力学性能,常需对粉末烧结材料进行后续塑性加工,如挤压、锻造和轧制等方法。然而,传统的塑性加工方法由于受到各种条件的限制,很难制备出高致密度和性能优越的材料。

  等通道转角挤压作为一种新型的塑性加工工艺,利用其独特的变形特点,可以使粉末材料的基体组织在较低的温度下发生大剪切变形,同时变形过程所产生的高静水压力可以使材料内部的孔隙有效地收缩,从而为以粉末材料为原材料,制备出高致密度、组织结构均匀、力学性能优良的块体超细晶材料提供一种可能而有效的新途径。近年来,针对致密材料的等通道转角挤压变形已经进行了大量的研究报道[4-10],但对粉末类多孔材料的相关研究尚处于起步阶段[11-14]。本文作者通过实验方法系统地研究了ECAP对纯铝粉末多孔烧结材料组织及性能的影响。

1  实验

1.1  挤压毛坯的制备

  实验材料采用工业纯铝粉末,主要成分如表1所列。利用激光粒度测试仪测算出其初始粒度为46.8 ?m。挤压毛坯制备过程如下:将粉末压坯,进行冷等静压处理,再在400 ℃真空条件下烧结,时间为4 h,最后通过线切割加工成d 7 mm×45mm的圆柱形试样以备用。

表1  纯铝粉末的主要化学成分

Table 1  Main chemical compositions of pure Al powder (mass fraction, %)

1.2 粉末烧结材料包套-等通道转角挤压

  考虑到挤压材料塑性较差,为确保挤压件获得满意的变形累积,本研究采用粉末包套-等通道转角挤压工艺(Powder in tubes-equal channel angular pressing,PITS-ECAP)。包套材料为纯铝,几何形状与尺寸示意图如图1所示。PITS-ECAP原理示意图如图2所示。实验中,模具内角为90?、外角为37?,根据文献[15],每道次挤压后等效剪切应变量的增加值约为1,两通道横截面积都为10 mm×10 mm。实验中,挤压温度为200 ℃,挤压速度约为1 mm/s。采用3种路径进行挤压,路径A:两次连续挤压之间试样方向不旋转;路径BC:两次连续挤压之间试样方向绕挤压轴沿同一方向旋转90?;路径C:两次连续挤压之间试样方向绕挤压轴沿同一方向旋转180?。挤压过程中采用石墨进行润滑。

图1  包套几何尺寸的示意图

Fig.1  Schematic diagram of tube dimension (unit: mm)

图2  PITS-ECAP的工艺原理示意图

Fig.2  Schematic diagram of PITS-ECAP technique

1.3  性能检测

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