揭示梯度应变形成机制：倒角挤压加工的半解析建模及其在梯度结构材料制备中的应用

本文提出倒角挤压加工(CEM)新工艺，通过引入非恒定材料偏转角(δ)和实际切屑压缩比(λ)构建半解析模型，突破传统挤压加工(EM)在低压缩比(<1)下工具易损难题，成功实现梯度结构芯片的可控制备。该模型精准预测应变梯度分布，为高强度高塑性梯度材料制备提供新范式。

　　

亮点

倒角边缘创建固定偏转区(DZ)，将部分材料导向已加工表面，从而减小实际切削厚度。约束工具(CT)引发约束挤压过程，导致材料...

理论模型

在CEM中，成形芯片内部的应变梯度分布源于材料偏转角(δ)的变化。具体而言，材料偏转角(δ)在不同位置和芯片厚度处变化，导致从芯片顶部到底部区域产生不同的应变梯度。为了更好地预测成形芯片的应变变化，有必要建立一个分析模型来描述材料偏转角(δ)与应变之间的关系。

模型、有限元结果和实验数据的比较

为了验证所提出模型在评估应变方面的准确性，需要获得偏转角(δ)和实际切削厚度(t₀)来完成此半解析模型。因此，构建了有限元(FE)模拟，并对实验获得的金相结果进行了验证。随后，从有限元和实验数据中获得了偏转角(δ)和实际切削厚度(t₀)，进而验证了预测模型。

讨论

在前述金相分析结果（图13）中，当t_ch = 0.9 mm时，动态再结晶(DRX)的出现达到显著水平，即DRX带的宽度约为120 μm。当t_ch = 1.2 mm时，出现轻微的DRX现象，带宽约为30 μm。根据Zeng等人[29]和Zhou等人[30]的描述，DRX现象诱发再结晶行为，导致亚晶粒和变形晶粒持续转变为...

结论

在本研究中，开发了一个用于预测CEM中芯片应变的半解析模型。通过将预测值与详细的有限元和实验结果进行比较，证实了模型的有效性和可靠性。主要结论如下：

(1) 倒角边缘创造了固定的偏转区(DZ)，将部分材料导向已加工表面，从而减小了实际切削厚度。约束工具(CT)引发约束挤压过程，导致材料...