于彦东， 初德胜

(哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院， 哈尔滨 150040)

镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一，广泛应用于各个领域，但镁合金较差的塑性变形能力，严重制约着它的应用，如何提高镁合金的低温塑性成为材料学者研究的热点。

20多年来，等通道角加工(ECAP)被公认为一种生产超细晶坯料的最流行和有效的方法。该技术对很多金属和合金都能达到有效的强化作用。镁合金由于其低密度(1.74g/cm3)和高比强度，在许多科技设备选材上，尤其是在自动化工业领域，都引起人们的注意。ECAP不但能细化镁合金的晶粒，增强它们的机械性能，而且能提高它们在高温下的成型性能。国内外一些学者在这些方面进行了大量研究[1-3]。采用不同的工艺参数，ECAP加工后得到的试样性质也不同。研究结果表明，模具结构、挤压速度、挤压温度、背压大小都对ECAP加工材料性质有重要影响[4]。

本文通过实验和数值模拟相结合的方式，利用有限元数值模拟软件预报ZK60合金四道次ECAP试样变形过程中晶粒尺寸的变化趋势。并通过四道次ECAP实验分析晶粒尺寸变化规律。

1 ECAP有限元模拟设定

模拟ECAP过程所用的模具实体图主要由挤压杆、凹模和背压顶杆3个元件组成，如图1所示。挤压模具的挤压入口通道和背压出口通道的直径为Φ10mm，等通道的夹角为90°，模型中的凹模包含了4条弯曲的90°等通道。模拟中试样选用的网格划分数为18000，凹模的网格数为200 000，挤压杆的网格数为20 000，背压顶杆的网格数为12 000，除试样材料为ZK60镁合金外，模具3个元件所采用的材料均为H13钢。……