多向锻造/轧制复合大变形作用下高纯铝变形均匀性及组织演变行为研究

As one kind of typical method to produce ultrafine grains by severe plastic deformation (SPD), multidirectional forging (MDF), is being specially attention for the advantages such as simple equipment, the potential for producing relatively large work-pieces, easy to implement mass industrial production and so on. As MDF's own characteristics, the inhomogeneous deformation will lead to inhomogeneous deformed structure in the work-pieces, which restricts the development of the MDF. Increasing the surface deformation can reduce the inhomogeneous deformation of the MDF work-pieces, and then eliminate the inhomogeneity of the deformed structures. Related research and practices indicate that rolling is an effective method to realize surface deformation. This topic intend to combine the deformation characteristics of MDF process and rolling process, using the MDF process to produce severe plastic deformation and refine grains of the material, using the rolling process to reduce the deformation inhomogeneneity of MDF work-pieces, and then produce the uniform fine-grained bulk material. Numerical simulation, MDF and rolling experiment, structure and properties analysis, theoretical analysis are employed to study the structure evolution and deformation uniformity of the high purity aluminum under the combination deforming function of multi-directional forging and rolling, investigate the deformation mechanism and structure evolution mechanism of the high purity aluminum in the combined deformation process, produce uniform fine grained high purity aluminum sheet, and develop a new combination MDF-rolling plastic deformation technology for widely used in producing uniform ultrafine-grain bulk material.

作为大塑性变形制备超细晶材料的典型方法，多向锻造以其设备简单、可制备大块材料、易实现工业化等优点备受关注。但是，多向锻造变形不均匀的特点及由此导致的变形组织不均匀制约了多向锻造技术的应用和发展。增加材料的表层变形可以减小多向锻造材料的不均匀变形，进而使变形组织更加均匀。相关研究和实践表明，轧制是实现材料表层变形的有效方法。本课题拟结合多向锻造与轧制工艺的变形特点，利用多向锻造实现大塑性变形、细化晶粒，利用轧制消减多向锻造过程的不均匀变形，制备组织均匀的块状超细晶材料。采用数值模拟、多向锻造实验、轧制实验、组织性能分析与理论分析相结合的研究方法考察多向锻造/轧制复合大变形作用下高纯铝变形均匀性及组织演变规律，探讨高纯铝在多向锻造/轧制复合大变形作用下的变形机制及组织演变机理，制备大块、晶粒均匀细小的高纯铝板材，开发可广泛用于制备大块、超细晶材料的多向锻造/轧制复合大变形新工艺。

大塑性变形方法（SPD）已被国际材料界公认为是制备块体纳米和超细晶材料最有前途的方法。多向锻造技术作为典型的大塑性变形方法，以其可制造大块材料且容易实现工业化生产等特点备受关注。但变形不均匀的特点导致多向锻造材料组织不均匀，制约了多向锻造技术的发展。本项目提出结合多向锻造、轧制两种变形工艺的特点，合理控制工艺参数，既实现材料的大塑性变形细化晶粒，又能保证材料变形的相对均匀性，进而制备大块、均匀的超细晶材料。研究多向锻造/轧制复合大变形作用下高纯铝变形均匀性及组织演变行为，可以丰富大塑性变形相关理论，为相关领域的发展提供新思路。以纯度高于99.9995％的高纯铝为研究材料，目标产品为溅射用高纯铝靶材。选题既有重要的理论研究价值和明确的工业背景。.主要开展的研究内容有：高纯铝多向锻造形变均匀性及变形组织演变机理。高纯铝轧制形变均匀性及变形组织演变机理。研究多向锻造/轧制复合大变形作用下高纯铝的形变均匀性及组织演变机理。.通过本项目的研究，揭示了多向锻造工艺条件对高纯铝成型性、形变均匀性、组织演变的影响规律。建立了“工艺条件—变形均匀性—组织均匀性”之间关系。确定了室温条件下多向锻造过程中高纯铝的细化极限。模拟了多向锻程及轧制过程中高纯铝试样内累计应变的变化规律，建立了“变形状态—累计应变量—变形组织”之间关系。.揭示了轧制工艺条件对高纯铝形变均匀性、组织演变的影响规律。建立了“工艺条件—变形均匀性—组织均匀性”之间关系，研究了不同工艺轧制过程中变形均匀性及组织均匀性。分析了多向锻造/轧制复合工艺对高纯铝形变均性、组织演变影响规律。建立了“分步不均匀变形—整体均匀变形—变形组织均匀性”之间关系，探讨了多向锻造/轧制复合变形作用下高纯铝组织演变机制。.确定了高品质高纯铝用靶材的制备工艺，在实验室条件下制备了尺寸为400×1400×20 mm，内部组织均匀且晶粒尺寸小于200μm，取向较为一致的高纯铝板材，已经获批发明专利1项，并在企业获得了应用。在对高纯铝进行研究的基础上，还对铝、镁合金多向锻造及轧制过程中的组织演变规律进行了初步研究。课题执行期间共发表标注本基金号论文16篇，其中SCI检索5篇，EI检索8篇，参加国际会议3次，进行口头报告2次，国内会议4次并分别做口头报告。.该项目的研究丰富了大塑性变形相关理论，为相关领域的发展提供新思路。