高精度铝合金矩形管作为传输系统中微波传导的主要介质,广泛应用于航空、航天、雷达、遥测等领域。由于使用环境较为特殊,矩形管不仅在形状和尺寸精度方面有很高的要求,在内表面质量方面更有着严苛的限定,制备难度相当大。国内目前的研究进展仅能够通过冷拉拔成形制得形状和尺寸精度符合要求的矩形管,而管材的内表面粗糙度仍无法达到设计要求。所以有必要对塑性变形过程中的表面形貌演化机理进行深入剖析,以实现塑性变形工件表面质量的控制。拟采用三维多晶体有限元计算与工艺试验相结合的方法,基于典型应变路径定量描述材料微观参数对表面形貌演变的影响。由于拉拔过程中材料受力情况复杂,不便于分析单个参数对表面粗糙度的影响,因此本文考虑从简单的变形路径入手,分析变形过程中表面粗糙度的变化规律。本文首先开展了冷轧与再结晶退火等工艺试验,得到不同条件下6061铝合金微观参数与力学性能的变化规律;然后基于晶体塑性理论和多晶体材料细观有限元分析模型,采用细观有限元分析与拉伸实验研究相结合的方法,研究了材料初始表面粗糙度、初始晶粒尺寸以及初始晶体学取向等参数对单向拉伸变形过程中表面粗糙度演变的影响。本文的主要研究工作如下:1)对6061铝合金板材进行不同冷变形量的轧制实验,研究合金轧制变形组织的变化以及轧制织构的演变规律,并分析不同冷变形量对铝板力学性能的影响。结果表明,随着冷轧变形量的增加,板材中的立方织构发生转化而减少,β纤维织构得到发展;轧制过程中合金的强度、硬度增加,而延伸率逐渐降低。2)对冷变形6061铝板进行不同加热温度和保温时间的再结晶退火处理,研究合金再结晶组织、再结晶织构以及力学性能的变化规律。研究发现,冷变形量越大,退火组织的平均晶粒尺寸越小;退火温度越高,形核率以及晶核生长速率越高,再结晶驱动力越大;随着退火时间的延长,再结晶进行得越充分,生成晶粒均匀而粗大的微观组织。退火后主要生成高强度的立方织构和旋转立方织构,与加热温度和冷变形量相比,退火时间对合金织构类型及分布的影响更为显著。此外,合金在固溶温度以下退火后强度、硬度降低,而延伸率明显增加。3)建立多晶体材料单向拉伸条件下的三维细观有限元模型,并确定细观分析模型的尺寸。发现随着细观分析模型尺寸的增加,拉伸变形后自由表面的粗糙度先增加而后趋于稳定。小尺寸的模型在拉伸变形过程中晶粒变形不均匀,这是由模型中晶粒个数过少导致。4)文中基于单向拉伸变形,对不同初始表面粗糙度和初始晶粒尺寸的细观模型进行了数值模拟分析。结果显示,塑性变形后的表面形貌可近似地分为两个部分:一部分为非均匀变形的结果(粗化表面形貌),另一部分为均匀变形的结果(差值表面形貌)。初始表面粗糙度使自由表面的粗化率(dSq/dε)降低,晶粒间取向差和其他因素所导致的非均匀变形对表面粗糙度演变的影响随初始表面粗糙度的增大而降低。此外,沿不同方向的晶粒尺寸变化会对变形后的表面粗糙度产生不同程度的影响。5)研究了不同初始取向和织构类型对拉伸变形过程中表面粗糙度演变的影响。结果表明,与织构类型相比,晶粒间取向差或者晶体取向不均匀分布是导致塑性变形过程中表面粗糙化的更为关键的因素。6)通过单向拉伸实验研究了变形过程中表面粗糙度的变化规律。对比实验测量结果和数值模拟结果,发现两者所得的表面粗糙度的变化趋势基本一致,验证了细观分析模型和有限元模拟结果的可靠性。针对铝合金矩形管的高内表面质量要求,本文从基础实验的开展入手,比较深入地研究了材料在实验前后的微观参数及力学性能变化。然后基于实验研究,建立了多晶体材料细观有限元模型,分析了塑性变形过程中多种参数对表面粗糙度演变的影响。这些研究可为今后控制及减小铝合金矩形管在冷拉拔成形后的内表面粗糙度打下坚实的基础。