基于DEFORM–3D的7A85大规格铸锭镦粗拔长工艺优化研究

目的 为满足结构舱段用高强高韧铝合金宽幅薄壁高筋整体成形壁板挤压制备需求,在保证组织与性能均匀性的同时,进一步提高铸锭利用率。方法 采用万能力学性能试验机测试力学性能,结合金相显微镜与扫描电镜完成组织与断口形貌观察。结果 7A85半连续铸锭在300 ℃砧板模具温度下拔长与4.0长径比镦粗时,铸锭整体应力分布最为均衡。晶界处残存的耐热高温相由连续线状转变为分散点状与折线状,铸锭显微组织和性能一致性较高,利于后续挤压制备。结论 利用DEFORM–3D数值模拟软件,可对7A85大规格半连续铸锭拔长与镦粗过程的流变应力与等效应变分布进行有效预测,结合铸锭不同区域的受力分析与整体全速度矢量分布,可以准确判断工艺的合理性和可行性。砧板模具温度与铸锭长径比,对7A85半连续铸锭400 ℃拔长镦粗过程流变应力分布影响明显,可有效改善晶界处残存耐热高温相的分布形态,提高材料的组织均匀性与力学性能。     

工艺参数对7075铝合金带筋壁板时效成形回弹的影响

目的 研究7075航空高强度铝合金带筋壁板时效成形过程中工艺参数对零件回弹的影响,以提高筋板类零件的产品质量。方法 利用正交试验开展不同工艺参数组合下的带筋壁板时效成形试验,并对带筋壁板时效成形后的回弹率进行极差分析和规律曲线分析。结果 带筋壁板时效成形后的回弹同时受到时效参数和筋板结构参数的影响,各因素按对回弹的影响程度由大到小的顺序依次为时效时间、筋条厚度、筋条高度和时效温度,筋条结构参数对调节构件回弹有重要作用,并且回弹率实测值基本处于回弹率随工艺参数变化的拟合曲线附近。结论 回弹率随时效时间和筋条高度的增加表现为非线性下降趋势,随筋条厚度的增加呈现线性上升趋势。7075铝合金带筋壁板时效成形后的回弹行为可以用回弹率回归方程进行较为合理的描述。     

缺口对7A85铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响

在光滑试样表面预制深度为0.1 mm和0.2 mm的环状缺口，研究了不同缺口尺寸对7A85铝合金拉伸性能和疲劳性能的影响，并分析了7A85铝合金含缺口试样的疲劳断裂机理。结果表明，随着缺口深度由0 mm增加至0.2 mm, 7A85铝合金试样的抗拉强度、断后伸长率和疲劳强度分别下降了6%、47.5%、44.4%。缺口对7A85铝合金塑性的影响远大于拉伸强度，且其抗拉强度与疲劳强度呈线性关系。试样疲劳缺口系数随着缺口尺寸和循环次数的增加而增大。7A85铝合金试样的疲劳裂纹源通常是富铁的第二相颗粒，环状缺口根部应力集中促进了多疲劳裂纹源萌生，多个裂纹源同时扩展使得试样有效承载面积快速减少，导致疲劳寿命急剧缩短。     

7A85铝合金的热压缩流变行为与显微组织EI北大核心CSCD

采用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态7A85铝合金进行高温热压缩实验,研究了7A85铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s^(-1)条件下的流变行为与显微组织。结果表明:流变应力在变形初期迅速升至峰值,随后由于动态回复和动态再结晶有所降低,最后趋于稳态;峰值流变应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增大,可用Zener-Hollomon参数描述。采用线性回归方法获得7A85铝合金高温条件下流变应力本构方程,其变形激活能Q为253.68kJ/mol。随着lnZ降低,晶粒沿径向拉长,亚晶长大,位错密度和第二相数量降低。软化机制主要为动态再结晶。     

真空电阻炉退火温度对电子设备用Ti-51Ni记忆合金相变和形状行为的影响

选择电子设备用Ti-51Ni形状记忆合金作为测试材料,分析不同退火条件下Ti-51Ni合金形成的显微结构、相变特征及其超弹性变化情况。研究结果表明:在退火态Ti-51Ni合金中包含了r相以及马氏体m相。较低退火温度下合金中形成了具有纤维特征组织,较高退火温度下在合金中存在众多的尺寸较小的等轴晶结构。合金中的马氏体组织发生正、逆相变过程的峰值温度先上升后下降,合金中的r相组织发生正、逆相变过程的峰值温度单调下降。为了提高Ti-51Ni合金的力学强度,应在300～400℃范围内对其进行退火处理;如果需要提高Ti-51Ni合金的塑性,需将退火温度设定在500～600℃之间。随着温度继续上升接近马氏体的相变温度时,MR发生快速减小,从而引起逆马氏体相变的过程。当退火温度上升后,残余应发生了先减小后增大的现象。     

考虑材料参数变化的高强钛管数控弯曲回弹行为研究

目的研究钛管数控弯曲回弹角、回弹半径的变化规律,揭示回弹角和回弹半径变化特征的形成机制。方法基于有限元软件平台,建立考虑收缩应变比-弹性模量变化的Ti-3Al-2.5V钛管数控弯曲成形及回弹全过程的有限元模型。结果回弹角随弯曲角和相对弯曲半径的增加而增加;回弹半径在弯曲角小于30°时,随弯曲角的增加而先变化很小,后显著增加;弯曲角大于30°时,回弹半径随弯曲角的增加而逐渐减小。回弹半径随相对弯曲半径的增加而增加。弯曲角越大,应力分布区域越大,回弹变形越大;相对弯曲半径越大,弯管中处于弹性变形的区域占总变形区域的比例较大,回弹变形越大。结论考虑两参数变化时对回弹角和回弹半径的变化趋势无显著影响,但获得的回弹角和回弹半径均大于忽略两参数变化时的值;考虑收缩应变比-弹性模量变化时,弯曲变形区沿外脊线的拉应力大于忽略两参数变化时的拉应力,卸载回弹时,管材发生大的弹性恢复,表现为回弹角和回弹半径的增加。     

轨道车辆型材结构搅拌摩擦焊残余状态研究

目的 研究轨道车辆中典型的箱型和V筋结构型材搅拌摩擦焊残余状态。方法 采用顺序热力耦合方法进行了搅拌摩擦焊残余应力及变形的仿真研究。结果 给出了上下壁板焊缝区域的残余应力大小及分布规律,阐述了两种结构的横向和纵向残余变形特征。对V筋结构型材,分析了不同筋板角度对焊接残余状态的影响。结论 残余应力方面,主要表现为纵向残余应力,上下壁板两条焊缝的残余应力峰值相近,高应力分布区域宽度差别较大。残余变形方面,箱型结构呈马鞍形,V筋型材呈下凹形。V筋型材筋板夹角的变化对残余应力没有显著影响。筋板角度增大,纵向残余变形减小而横向残余变形增大。     

空心球/铝基复合泡沫材料制备及性能研究

采用粉末冶金技术制备了不同孔隙率的空心球/铝基复合泡沫材料,对其进行T7热处理,并开展了不同孔隙率材料压缩性能及隔声性能的测试。结果表明,制备的泡沫材料中空心球均匀分布于基体内,且空心球与基体之间形成明显的过渡层;空心球/铝合金基复合泡沫材料的压缩应力-应变曲线呈现线弹性、应力平台、致密化3个阶段。随着孔隙率的增加,空心球/铝合金基复合泡沫材料的压缩峰值应力、平台应力及能量吸收能力均呈先上升后下降的变化趋势;随着孔隙率的增加,复合泡沫材料隔声性能逐渐下降。     

爆炸荷载作用下腋角对地下连通道的影响

采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析程序,建立土中中等矩形截面地下连通道有限元模型,利用流固耦合算法,模拟土中爆炸荷载作用下通道衬砌结构的动态响应过程,得到结构顶板的横向拉应力、压应力峰值分布以及顶板的最终合位移分布,并得到侧墙上的竖向拉应力、压应力峰值分布。对比分析通道在添加不同尺寸腋角时的响应结果得到结论:对于顶板外侧单元,中部压应力峰值最大,顶板与腋角连接部位的拉应力峰值最大,并且峰值最大值受腋角尺寸的影响都较小,但其他大部分部位的压应力在腋角尺寸增大时有明显减小;侧墙上竖向拉应力和压应力峰值最大值均出现在与腋角连接处,腋角尺寸的变化对内侧影响较大;顶板位移峰值最大值随腋角尺寸增大而减小,并且腋角高度的影响作用随高度增加先增大后减小,宽度的影响作用随宽度的增大逐渐减小。     

退火温度对RF磁控溅射ZnO薄膜力学性能的影响

采用X射线衍射分析(XRD),原子力显微镜(AFM)及纳米压痕技术测试分析了多晶ZnO薄膜的晶格结构和力学性能.薄膜的制备采用了射频(RF)磁控溅射方法,并分别在不同温度下进行了退火处理.XRD分析显示随着退火温度的上升,薄膜的晶粒尺寸逐步增大,且C轴取向显著增强.压痕测试结果表明,由于尺寸效应的影响,硬度随退火温度的变化有明显的趋势,从2.5GPa(常温下)逐步增加到5.5GPa(4500C),随着温度的进一步上升,硬度值又逐步下降到4.5GPa(650℃).弹性模量整体随退火温度的变化并不呈现明显的规律,但在450℃和200℃下退火分别有最大值26.7GPa和最小值21.5GPa,这是由于尺寸效应与晶格取向的双重作用的结果.测试结果表明适当的退火处理对ZnO薄膜的结晶品质与力学性能有明显的改善.     

基于自由弯曲技术的6061铝合金管的弯曲成形性能研究

目的 对6061铝合金管开展三维自由弯曲成形的研究。方法 对不同弯曲半径的铝合金管进行了弯曲模拟成形,并根据模拟结果对铝合金管进行实际成形研究。结果 根据对6061铝合金管进行的弯曲半径为60, 70, 80 mm的有限元模拟成形结果,发现管材壁厚中性层向弯曲外侧发生明显偏移,且弯曲半径越小,向弯曲外侧的偏移量越大;管材内侧管壁增厚,最大增厚为17.2%,管材外侧壁厚减薄,最大减薄不超过4%,发现随着弯曲半径的减小,管材内侧增厚愈发明显,而减薄变化较小,同时对管材截面畸变进行分析,发现最大椭圆度不超过8%;通过对比模拟结果、实验结果与设计模型,发现管材模拟的弯曲半径最大偏差不超过8%,实验结果则不超过6.5%,而管材模拟的弯曲角度最大偏差不超过4.5%,实验结果则不超过3%,同时发现当弯曲较小时,内侧发生明显起皱,而弯曲外侧也有轻微壁厚减薄导致的畸变缺陷,这与模拟结果吻合。结论 管材壁厚中性层向弯曲外侧偏移与自由弯曲系统轴向推力PL有关,轴向推力使得管材的受压区域增加,而受拉区域减小,导致壁厚中性层外移;实验结果与模拟结果相吻合,验证了模拟对实验成形指导的可靠性。     

Effect of boron on microstructure and mechanical properties of eutectic aluminum‐silicon alloy modified with phosphorus

In order to understand the effect of boron on the microstructure and mechanical properties of eutectic aluminum‐silicon alloy modified with phosphorus, complex modification of eutectic aluminum‐silicon alloy by aluminum‐3phosphorus and aluminum‐3boron was conducted. The results show that the area fraction of primary α‐aluminum in eutectic aluminum‐silicon alloy modified with aluminum‐3phosphorus increased first and then decreased with increasing amounts of aluminum‐3boron. The area fraction and the size of primary silicon decreased rapidly first and then stabilized. The morphology of eutectic silicon transformed from needle‐like into fine short rods or granules after complex modification with aluminum‐3phosphorus and aluminum‐3boron. The ultimate tensile strength of the alloy modified with 0.4 wt.% aluminum‐3phosphorus and 0.2 wt.% aluminum‐3boron increased by 18 %, compared with that of the eutectic aluminum‐silicon alloy modified with aluminum‐3phosphorus, while the elongation decreased by 5 %. It was concluded that the comprehensive mechanical properties of eutectic aluminum‐silicon alloy were improved.     

退火温度对冷轧Ti-13V-3Al-0.5Cu形状记忆合金组织结构与马氏体相变的影响

使用XRD、TEM、DSC和室温拉伸等分析测试手段,对冷轧后经不同退火温度处理的Ti-13V-3Al-0.5Cu(%,原子分数)合金微观组织结构,马氏体相变行为,力学性能和形状记忆性能进行了研究。经冷轧、退火处理后,合金在室温下的组织主要为α"马氏体相,存在少量残余β母相、α相和Ti₂Cu第二相。随着退火温度的增加,合金形状记忆性能先升高后降低;当退火温度为750℃时,在预应变量为6%的前提下可实现5.3%的可回复应变。其组织结构观察结果表明,经冷轧、退火处理后,合金中α"马氏体形貌由“V”字型自协作组态向择优取向的单一取向马氏体板条转化,界面可动性提升,马氏体临界再取向应力降低,形状记忆性能提高。     

5系铝合金车门内板冲压成形及回弹研究

目的 在整体式车门内板上应用质量较轻的5系铝合金材质以达到新能源汽车的轻量化要求。方法 在工艺设计阶段,采用AutoForm数值分析软件及CAE数值仿真分析技术预测零件的成形难点及回弹趋势;分析整体式车门内板的深度,并提出几种改善零件成形性的方案;根据回弹结果对模具型面进行回弹补偿;对模具加工、调试等重要环节进行深度管控。结果 成功解决了零件9个区域的成形问题。对已量产的铝合金整体式车门内板深度进行了对标分析,提出了将零件的深度由171 mm降低至156 mm的方案,经CAE分析验证,铝合金整体式车门内板的合理深度参考值为150 mm。对钢、铝材质的理论回弹值进行了对比分析,计算出铝合金的回弹值为低碳钢回弹值的2.6倍。结论 通过对该门内板整个开发环节进行管控,形成了一套铝合金车门内板成形、回弹控制的模具开发体系;用首样件验证了整套开发方案的正确性,成功保障了该铝合金整体式车门内板的开发。     

2050铝锂合金喷丸成形变形规律试验研究

目的 以某飞机机身壁板为研究对象,采用2050铝锂合金材料开展喷丸成形基础工艺研究,获得其宏观变形规律。方法 采用正交试验法,选取零件厚度、喷丸气压、移动速度、预应力4个喷丸工艺参数作为正交试验因素,对2050铝锂合金进行喷丸成形试验,研究不同工艺参数对喷丸变形的影响规律。结果 随着4个喷丸工艺参数的变化,2050铝锂合金喷丸弯曲半径曲线均呈现出幂函数曲线特征,其中喷丸弯曲半径随着零件厚度和移动速度的增大而增大,随着喷丸气压和预应力的增大而减小。结论 根据正交试验结果可知,各参数对喷丸变形程度的影响顺序为:板材厚度＞预应力＞移动速度＞喷丸气压。通过回归分析建立了喷丸弯曲半径与工艺参数间的幂函数经验方程,为后续开展机身壁板喷丸成形提供了一定的技术支撑。     

整体壁板压展模具型面曲率半径的计算

目的 研究带有初始曲率的整体壁板在压展过程中的变形回弹规律,以确定压展模具的型面曲率半径.方法 针对壁板压展回弹过程,用初始、加载和卸载3个典型状态来描述材料在截面圆周方向上的变形情况,推导应变和应力分布规律以及卸载后的力学平衡条件,从而得到壁板初始曲率半径、加载曲率半径以及卸载回弹后曲率半径之间的关系.再利用有限元仿...     

铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接残余应力及变形分析

目的对民机用铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接残余应力及变形进行研究。方法采用热-力耦合数值模拟方法,分析民机用铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接过程,分别模拟了采用3种焊接顺序进行蒙皮-长桁焊接时,壁板温度场分布规律及焊后残余应力及变形情况。结果铝合金壁板搅拌摩擦焊接后,沿焊缝方向残余应力为拉应力,由此导致长桁及与其连接的蒙皮产生向上的挠曲变形,垂直焊缝方向,焊缝两侧的壁板向上翘曲。结论对于3种焊接顺序,采用"先两侧、后中心"由外向里的焊接顺序,得到的壁板残余变形最小。     

多孔羟基磷灰石陶瓷的制备

以碳粉为造孔剂,研究了多孔羟基磷灰石（HA）陶瓷的制备方法及性能．采用三种不同颗粒尺寸的碳粉,以聚丙烯酸氨为分散剂,可制得气孔率30％～45％,抗弯强度＞10MPa,孔径＜200μm的多孔体．并发现随保温时间的延长,气孔率先降低后升高,抗弯强度则一直升高．通过严格控制碳粉的粒径,可有效地控制多孔烧结体的孔径大小与分布．应用XRD、SEM等技术手段,对多孔陶瓷的性能、微观结构、制造工艺及其影响因素作了分析与探讨．     

TC21合金在形变热处理工艺下的组织特征

对TC21钛合金在不同条件下超塑拉伸后,进行双重退火热处理,研究热加工工艺对TC21合金显微组织演变的影响。结果表明,当变形温度在890～960℃时,TC21合金的伸长率随变形温度的增加先增加后减少,最佳超塑性变形温度为910℃;TC21合金在α+β相区超塑变形,然后在α+β相区双重退火处理后得到双态组织;在β区进行超塑变形、α+β相区双重退火处理后得到网篮组织。     

基于结构-工艺协同优化的车门外板冲压成形

目的实现铝合金车门外板结构与冲压成形工艺参数的协同优化,解决零件冲压成形时破裂与过度减薄等问题。方法从材料流动与应力分布等角度入手,对车门的尺寸和形状参数进行优化,同时利用有限元分析软件AutoForm来获取一组最优的冲压工艺参数组合,最终通过产品的工厂试制进行验证。结果铝合金车门外板的冲压成形性大幅度提升,解决了车门外板冲压成形破裂等问题。结论研究结果对大型车身覆盖件的结构设计与冲压工艺有重要的指导意义。