工业纯铝作具有良好的塑性和较低的强度,有较高的性能提升空间,而引入梯度超细晶/纳米晶结构不仅可以有效提升其强度,且可以保持其较好的延展性。塑性流动挤出切削方法,作为一种新近提出的工艺,可以从块状金属材料中一步制备具有梯度结构的超细晶金属片材、板材或带材。因此,本文采用模拟与实验相结合的方法,深入研究梯度结构纯铝的塑性流动挤出切削制备工艺及其性能,主要研究成果如下:(1)建立了塑性流动挤出切削的热-力耦合有限元模型。根据有限元分析,纯铝材料在塑性流动挤出切削工艺过程中产生了剧烈的剪切变形,并在侧向挤出的“翅片”材料的厚度层上形成了明显的应变梯度。同时分析了挤出厚度、挤压速度、背压对材料成形过程的影响规律,结果显示,随着挤出厚度的增加,最高等效应变减小,低应变区分布更广,流向侧向挤出通道的材料逐渐变多;随着挤压速度的提升,等效应变率逐渐升高,温升逐渐增大;随着背压的增大,低应变区的等效应变减小,高应变区的等效应变大小及分布基本不变,流向侧向挤出通道的材料逐渐增多。(2)进行了实际加工实验,成功利用塑性流动挤出切削工艺制备出成形材料,并制作显微观察样品,利用金相显微镜对材料进行显微观察,分析塑性流动挤出切削过程中的微观结构演变机理。结果显示,当工件材料经过挤压块附近的变形区后晶粒会受到挤压、剪切作用后被拉长、破碎,因此得到细化,而远离挤压块的一侧受到的应变相对较小,因此以拉长晶为主,细化相对不彻底,从而形成了晶粒尺寸上的梯度分布。(3)对制备的样品进行不同温度的等时退火热处理,利用显微硬度计对材料表面进行硬度测试,利用万能电子拉力试验机对材料进行拉伸性能测试,利用扫描电镜对拉伸断口进行观察分析,研究了梯度样品力学性能及热稳定性。结果显示,梯度样品硬度在厚度层上呈梯度分布,强度相对原材料得到了显著的提高,并维持了较好的延展性;梯度样品的挤出厚度越大,抗拉强度越低,延展性越好;当退火温度在200℃以下时,梯度样品仍然保持较高的强度和延展性,有着较好的热稳定性;随着退火温度升高到250℃以上,梯度样品的硬度梯度逐渐丧失,强度显著下降而延展性逐渐提高。