扭转通道角挤压（TCAP）模具的几何形状通过集成特定的变形区域来实现晶粒细化，这些区域使材料同时承受扭转和弯曲。通过迫使铝/铜复合材料通过多轴应变路径，模具在三个独立的相交平面上施加强烈的剪切应变，从而驱动严重的塑性变形。
核心要点 TCAP利用复杂的模具几何形状同时在三个相交平面上施加剪切应变。这种多轴变形会产生高密度晶格畸变，这些畸变充当新亚结构的形核位点，最终将晶粒细化至微米或纳米尺度。
TCAP模具几何学的力学原理
集成变形区域
TCAP模具通过将两种不同的机械力结合到一个工艺中而脱颖而出。该几何结构集成了扭转和弯曲变形区域，迫使材料在通过通道时同时发生扭转和弯曲。
这种双作用几何结构可防止材料被动流动。相反，它迫使铝/铜复合材料经历严重的形状变化，从而最大化工件内应变的累积。
相交平面上的剪切
该几何结构旨在防止应变在单个方向上局部化。相反，它迫使复合材料沿三个独立的相交平面经历强烈的剪切应变。
通过在多个轴上分布剪切力，模具确保了材料整体更全面、更剧烈的变形。这种多轴应变路径是分解初始微观结构的主要驱动力。
从几何应变到微观结构
诱导晶格畸变
模具几何形状施加的物理力直接转化为微观结构的变化。复杂的多轴应变路径会在复合材料的晶体结构中引入高密度晶格畸变。
这些畸变代表了材料中储存的能量。它们有效地破坏了铝和铜基体的现有晶界和内部顺序。
形核和晶粒细分
模具几何形状产生的晶格畸变起着关键作用：它们充当亚结构形成的形核位点。
当材料通过变形区域时，这些位点促进了新的、更小晶粒的形成。这个过程会引起显著的晶粒细化，将铝/铜复合材料的晶粒尺寸减小到微米或纳米尺度。
操作注意事项和复杂性
材料应力和延展性
TCAP模具的几何形状旨在施加“强烈的”剪切。虽然这对细化有利，但它对复合材料施加了巨大的机械应力。材料必须具有足够的延展性，才能在不破裂的情况下承受三个平面上的剪切。
模具的复杂性
在三个独立的相交平面上诱导应变的要求需要复杂的模具设计。与简单的挤压模具不同，TCAP几何结构必须精确平衡扭转和弯曲力，以确保在工具失效的情况下实现一致的晶格畸变。
为材料加工做出正确选择
在评估铝/铜复合材料的严重塑性变形方法时，请考虑TCAP几何形状如何符合您的具体目标。
- 如果您的主要重点是超细晶粒尺寸：利用TCAP几何形状来获得多轴应变路径，该路径能够驱动晶粒细化至纳米尺度。
- 如果您的主要重点是高缺陷密度以提高强度：利用扭转和弯曲区域产生高密度晶格畸变，这些畸变是亚结构形成的先驱。
TCAP模具几何形状有效地将复杂的机械力转化为精确的微观结构演变。
摘要表：
| 特征 | 几何机制 | 微观结构影响 |
|---|---|---|
| 变形区域 | 集成扭转和弯曲 | 最大化应变累积 |
| 应变路径 | 3个相交平面上的剪切 | 全面的整体变形 |
| 结构变化 | 高密度晶格畸变 | 新亚结构的形核 |
| 最终产出 | 多轴塑性流动 | 微米至纳米晶粒尺寸 |
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参考文献
- Lenka Kunčická, Zuzana Klečková. Structure Characteristics Affected by Material Plastic Flow in Twist Channel Angular Pressed Al/Cu Clad Composites. DOI: 10.3390/ma13184161
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
