镁合金热变形抗力模型的构建技术

材料的变形抗力是进行热加工的依据,其精确的模型是有限元数值模拟的基础和关键.介绍了测试变形抗力的常用试验方法,从影响镁合金高温变形抗力的关键因素着手,研究了当前镁合金变形抗力常用数学模型的构建方法及现状,介绍了当前报道的软化因子、人工神经网络等模型,并比较了各种模型的特点.新型镁合金变形抗力模型的合理构建能为高温变形抗力的预测、数值模拟及后续锻造工艺的制订提供依据.     

基于深度神经网络的TA15高温拉伸变形行为精确预测

通过不同温度(760、810、860和910℃)和不同应变速率(0.01、0.1和0.5 s~(-1))下的等温拉伸实验,研究了TA15钛合金板材的拉伸变形和软化行为。为了对TA15钛合金的高温拉伸变形行为实现精确预测,建立了基于深度神经网络(DNN)的TA15钛合金高温拉伸本构模型。结果表明,DNN模型能够准确地预测TA15钛合金在不同拉伸变形条件下的流动应力,预测结果与实际结果的平均绝对误差为1.3%,相关系数可达0.999。并且,相比于单个隐含层的神经网络,具有多个隐含层的DNN模型具有更高的预测精度和更好的泛化能力。此外,构建了TA15钛合金热加工图,并且通过理论分析验证了此热加工图,结果表明了此热加工图的准确性和有效性。     

AerMet100超高强钢在热加工过程中的动态再结晶模型研究

为了准确预测AerMet100超高强钢在热加工过程中的微观组织演变,通过系列等温热压缩试验分析了合金在温度为800~1040℃、应变速率为0.01~10s-1、变形量为15~60%的热变形行为,并建立了动态再结晶(DRX)体积分数和晶粒尺寸的DRX模型。通过计算获得了AerMet100钢本构模型中的Zener-Hollomon参数,用于建立DRX模型。通过建立的DRX模型定量预测了热变形参数对合金微观组织演变的影响,结合微观组织观察发现,高温低应变速率和较大的变形程度有利于DRX充分发生,使组织细化和均匀化。模型预测结果与实验结果吻合较好,验证了所建立的DRX模型的准确性。结果表明,建立的DRX模型可以定量预测AerMet100钢在不同变形参数下进行热加工时的微观组织演变规律。     

40Cr钢热变形行为及热加工图

为研究40Cr钢的热变形行为和热加工性能，在Gleeble1500型热模拟试验机上对40Cr钢进行了不同参数下的等温热压缩试验，建立了包含再结晶特征的40Cr钢高温流变应力模型，并绘制了其热加工图。结果表明，所建立的流动应力模型能够很好地预测40Cr钢不同热变形条件下的应力-应变曲线。观察了不同变形条件下热压缩试样的微观组织，发现失稳区域为不完全动态再结晶的“项链”组织，非失稳区域中耗散值较小区域和较大区域分别为平均晶粒尺寸为128.2和20.4μm的动态再结晶组织，验证了热加工图的可靠性。结合微观组织观察和热加工图分析，可以确定40Cr钢的最佳热加工区域为温度1050～1150℃、应变速率1～10 s^-1。     

Ni60Ti40合金热压缩变形行为及机理（英文）

对Ni60Ti40合金高温变形行为及变形机理进行了研究。通过计算获得了该合金在不同变形工艺下的应变速率敏感性指数m和变形激活能Q的变化规律,分别构建了Prasad、Gegel、Malas、Murty和Semiatin等不同失稳判据下的动态材料模型热加工图及包含位错数量的变形机理图。应用热加工图理论分析了该合金的适合成形加工区和流变失稳区,运用变形机理图预测了该合金高温变形过程中基于柏氏矢量补偿的晶粒尺寸和基于模量补偿的流变应力下的位错演变规律及高温变形机理。     

退火态42CrMo钢的热变形行为

为了研究退火态42CrMo钢的热变形行为，利用Gleeble3800热模拟试验机进行了单道次热压缩实验，获得了变形温度930～1230℃、应变速率0.001～1 s^-1条件下的高温流变应力曲线。分别应用Arrhenius方程和Yada模型构建了42CrMo钢的高温本构模型和动态再结晶动力学模型，并基于动态材料模型应用不同变形条件下的峰值应力构建了其热加工图。结果表明，在大部分变形条件下，高温流变应力曲线呈典型动态再结晶特征，由于动态再结晶的作用，流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而减小。基于峰值应力构建的42CrMo钢高温本构模型和动态再结晶模型可以用于预测不同变形条件下的流变应力和微观组织演变。此外，根据42CrMo钢的热加工图，最佳热加工工艺参数范围为1100～1230℃、0.01～1 s^-1。     

铲板槽帮铸件缩孔与变形问题的研究

采用数值模拟方法预测了刮板输送机铲板槽帮铸件的缩孔位置和在侧板底部产生的凸起变形,通过凝固温度场和温度梯度分析了铸件变形原因。研究表明,当温度场在同一水平位置上相当、温度梯度较小时,铸件的变形量最小。并根据变形机理及铸件结构对铲板槽帮铸件的原铸造工艺进行了改进,改进了浇注系统、冒口和冷铁工艺,按改进后的工艺生产出来的铲板槽帮铸件达到了技术要求。     

大型涡轮叶片精密铸造尺寸精度控制研究——反变形技术

针对大型涡轮叶片精密铸造变形问题,提出了一种简单高效的变形补偿方法--基于测量与统计的逆向校正蜡模法.采用三坐标测量机进行模型的测量,设计特征参数来表征模型,并通过统计测量的特征参数平均值与理论值的比较进行模型的反变形重构,然后,根据反变形后的模型设计蜡模校正模,对蜡模实施逆向校正,补偿涡轮叶片在铸造过程中的变形.试验结果表明,基于测量的反变形技术对解决铸件尺寸超差是有效的,可以提高铸件尺寸合格率,具有实用价值.     

航空涡轮叶片精铸模具型腔优化设计系统

针对航空涡轮叶片精铸模具型腔设计中存在的精度控制问题,开发了航空涡轮叶片精铸模具型面优化设计系统.基于主流的CAD/CAM软件和无损检测平台等,建立多信息融合的精铸模具型面优化设计平台.主要包括基于三维收缩率模型的模具型腔设计、基于收缩率模型的铸件位移场预测、基于位移场预测的模具型腔虚拟修模.在叶片多源测量数据及数值模拟的基础上建立叶片精铸位移场模型,结合反变形补偿设计基本原理,实现模具型面的优化设计.     

Ni60Ti40合金热压缩变形行为及机理

对Ni60Ti40合金高温变形行为及变形机理进行了研究。通过计算获得了该合金在不同变形工艺下的应变速率敏感性指数m和变形激活能Q的变化规律,分别构建了Prasad、Gegel、Malas、Murty和Semiatin等不同失稳判据下的动态材料模型热加工图及包含位错数量的变形机理图。应用热加工图理论分析了该合金的适合成形加工区和流变失稳区,运用变形机理图预测了该合金高温变形过程中基于柏氏矢量补偿的晶粒尺寸和基于模量补偿的流变应力下的位错演变规律及高温变形机理。     

应力框热应力数值模拟及变形分析

利用专业铸造模拟软件ProCAST,对HT250应力框铸件在3种不同浇注温度、3种不同落砂温度条件下进行了铸造过程温度场、应力场的计算机数值模拟,得到其残余应力分布和冷却过程变形情况。通过正交试验设计方法对残余应力和浇注温度、落砂温度的关系进行分析,结果表明:落砂温度对残余应力的影响较大,落砂温度越高,残余应力越小,但铸件的变形越大;浇注温度对残余应力的影响没有规律,但浇注温度越高,铸件的最终变形越大。     

Thermal deformation of aluminum alloy casting materials for tire mold by numerical analysis

Thermal deformation of aluminum alloy casting materials for manufacturing the tire mold was numerically investigated.The AC7A and AC4C casting material was selected as casting material and the metal casting device was used in order to manufacture the mold product of automobile tire in the actual industrial field.The temperature distribution and the cooling time of casting materials were numerically calculated by finite element analysis (FEA).Also,the thermal deformation such as displacement and stress distribution was calculated from the temperature results.The thermal deformation was closely related to the temperature difference between the surface and inside of the casting.The numerical analysis results reveal that the thermal deformation of AC7A casting material is higher than that of AC4C casting material.Also,the thermal deformation results at the central part are larger than that on the side of casting because of the shrinkage caused by the cooling speed difference.     

镁合金铸造缺陷塑性变形弥合与修复过程

通过电子显微镜、透射电镜并结合塑性变形数值模拟,观察镁合金铸造缺陷(晶间缩松和缩孔)在变形过程中的形貌变化及缺陷附近应力分布,讨论塑性变形消除铸造缺陷的力学行为,提出镁合金铸造缺陷塑性变形弥合过程为:缺陷体积压缩→界面闭合→界面两侧基体相切变→界面附近再结晶→缺陷部分弥合.结果表明:变形过程中缺陷附近应力集中明显,变形后应力集中大大降低,部分铸造缺陷得以弥合与修复.     

RESEARCH ON THE FORMATION MECHANISM OF INTERNAL CRACK IN THE CONTINUOUS CASTING SLAB

In view of the periodic bending deformation of solid-liquid interface in the solidification process for continuous casting slab, the variation of temperature gradient and dendritic spacing in the front edge of the solid-liquid interface, and the nucleation and propagation process of crack were studied. It is shown that the bending deformation of the interface results in the temperature field change in the front edge of solid-liquid interface, and the occurrence of temperature gradient along drawing direction results in the growth of secondary dendrites. The initial crack formed during the middle and final stage of solidification may extend to the surface of the casting slab and become an internal crack. The results of the theoretical analysis are basically in agreement with that of the experiment.     

Finite-element analysis on thermomechanical behavior of a marine propeller casting in the sand-casting process

Thermal deformation of a large marine propeller casting during solidification and cooling was analyzed by a coupled thermomechanical finite-element analysis (FEA). The calculated displacements on the blade in the z-direction were compared with the measured values that confirmed the effectiveness of FEA for the prediction of thermal deformation. The effect of the shake-out time and method on the deformation of the propeller casting was also investigated. The longer the shake-out time, the smaller the deformation. For controlling the deformation of the propeller casting, the sequential shake-out was a more efficient method than the simultaneous shake-out.     

通讯用铝合金面板压铸件的变形分析及其对策

检测了长薄面板压铸件的变形量及变形规律,从铸件结构、压铸工艺设计分析了变形形成的原因.结果表明,变形主要产生于铸件开模及顶出过程中,而不是形成于冷却过程中.分型面的选择及顶杆布置不当是造成面板压铸件变形的主要原因.合理的分型面及顶杆设计可显著减小铸件的变形量.     

电磁铸造大板坯不平直度形成机制的实验研究

依据电磁铸造大板坯铸造特点,设计了模拟大板坯变形过程的实验装置,通过动态和静态测量了Ａｌ－Ａｌ－４．５Ｃｕ合金（质量分数,％）板坯的不平直度的形成过程及最终的量值。考察了铸坯在不同宽厚比的条件下,不同工艺参数对平直度的影响,结果表明：板坯不平直度主要形成于板坯的凝固阶段;控制板坯表面温度是控制铸坯变形的关键因素。提高宽面在铸坯凝固过程的表面温度。改善宽面表面温度的不均匀性,可以有效地改善大板坯不平     

薄壁类汽车离合器壳消失模铸造变形缺陷的控制

消失模铸造技术因其生产铸件具有尺寸精度高、表面光洁度好、铸件重量轻等优点被广泛应用于各种零件的铸造,但由于其工艺本身特点,对于铸造薄壁类的箱壳体极易产生变形。本文以大批量生产的薄壁类汽车离合器为例,阐述了通过合理的结构设计优化、铸造工艺设计、等控制此类零件变形的方法。     

机加工后铸件应力与变形的试验研究

对具有残余应力T形截面类铸件经加工后产生的变形状况进行测试。结果表明 ,铸件在砂型中缓冷和去应力退火再经机加工后两者产生的变形量差异并不明显 ;而夹紧力对加工后的铸件产生的变形影响却较大。时效半年的铸件加工后其变形基本稳定。     

双辊薄带连铸结晶辊热辊型预报

结合双辊薄带连铸中结晶辊装配、修磨和浇注等环节的整体要求,采用弹塑性大变形接触非线性有限元方法,建立了计算结晶辊热辊型的有限元模型,并分析了结晶辊的受力和变形,得出了浇注过程中结晶辊的辊面形状曲线,利用实测的铸带断面形状对计算结果进行了检验,结果表明该方法用于计算结晶辊变形非常有效,可以利用该方法进行结晶辊结构改进和初始辊型设计。