正弦轮廓模具是重复波纹和矫直（RCS）工艺中引起严重塑性变形的主要机制。通过在液压机的作用下，将铝合金板材强制进入特定的、波浪状的剪切应变路径，这些模具引发了材料的结构分解。当与交替使用的平模具和战略性的样品旋转相结合时，这种几何形状促进了连续的晶粒破碎和超细显微组织的形成。
正弦轮廓并非旨在塑造最终产品，而是为了施加累积应变。通过在多轴应力下循环进行波纹化和矫直，该工具深层细化了晶粒结构，而没有显著改变板材的最终尺寸。
应变诱导的力学原理
液压驱动力
正弦模具作为高压施加的界面。在液压机的驱动下，模具施加的力超过了铝合金的屈服强度。这使得工具能够将材料物理地塑造成模具的轮廓。
剪切应变路径的创建
模具的特定几何形状至关重要。当板材适应正弦轮廓时，它会受到独特的剪切应变路径。与简单的压缩不同，这种波浪状的变形迫使材料移动，这对于分解内部结构至关重要。
工艺几何形状的作用
交替的模具配置
RCS是一个多步骤循环。该工艺在正弦模具（波纹化样品）和平模具（矫直样品）之间交替进行。这种重复使得每次通过后材料中的塑性应变得以累积。
通过旋转实现多轴应力
为了防止方向性弱点，样品在每次通过之间旋转90度。这种旋转确保施加在模具上的应力是多轴的。它使不同的晶体学平面暴露在剪切力下，防止材料仅仅在一个方向上伸长。
显微组织演变
连续晶粒破碎
液压力和正弦几何形状的结合驱动连续破碎。在大应力、多轴应力环境下，粗大的晶粒被机械破碎。
复杂织构的形成
这种重复应力的结果是形成了超细晶粒结构。该工艺在合金内部产生了复杂的晶体学织构，这直接负责提高了机械性能，例如增加了强度。
理解权衡
工艺循环的复杂性
RCS不像轧制那样是连续的生产过程。它需要离散的步骤——波纹化、取出、旋转和矫直。与更简单的变形方法相比，这可能会增加循环时间。
对工具的依赖性
细化效果的有效性严格取决于模具轮廓。不精确的模具加工或正弦脊上的磨损可能导致应变施加不一致，从而可能导致异质晶粒结构。
为您的目标做出正确选择
为了最大化RCS工作流程中正弦模具的功效，请考虑以下因素：
- 如果您的主要重点是最大化晶粒细化：确保在每次通过之间进行精确的90度旋转，以保证真正的多轴应力分布。
- 如果您的主要重点是织构均匀性：验证液压机在正弦模具的整个长度上提供一致的压力，以避免局部梯度。
正弦模具是RCS工艺的引擎，将机械几何形状转化为优越的冶金性能。
总结表：
| 机制 | RCS工艺中的作用 | 对显微组织的影响 |
|---|---|---|
| 正弦几何形状 | 诱导波浪状剪切应变路径 | 引发深层结构分解 |
| 液压压力 | 施加超过材料屈服强度的力 | 驱动材料物理位移 |
| 平模具循环 | 矫直波纹化板材 | 累积塑性应变 |
| 90°旋转 | 施加多轴应力 | 防止方向性弱点和细化晶粒 |
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参考文献
- Liliana Romero-Resendiz, G. González. Repetitive corrugation and straightening effect on the microstructure, crystallographic texture and electrochemical behavior for the Al-7075 alloy. DOI: 10.22201/icat.24486736e.2022.20.3.1789
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
