钛合金等通道转角挤压中背压因素的影响

研究了钛合金等通道转角挤压中背压因素的影响。结果表明,随着背压增大,试样通过模具底部转角的外圆角逐渐减小,变形更加均匀,并且随着背压的增大,所需挤压载荷增大,对模具及挤压设备要求提高。温度场总体变化不大,在底部区域温度场较无背压时均匀。试样底部的最大等效应变也随着背压的增大而逐渐增加,但背压过大会造成等效应变分布不均。最大主应力随着背压的增大而减少,降低了试样表面的开裂倾向。     

数值模拟模具内角对6082铝合金ECAP的影响

基于有限元分析,以6082铝合金为研究对象,采用DEFORM-3D分析了90~150°模具内角范围时等通道转角挤压(ECAP)过程中的载荷-行程曲线与应力及应变分布。结果表明,当模具内角为90°时,试样获得的等效应力和等效应变最大,塑性变形程度最强;随着模具内角增大,试样挤压过程中载荷值明显下降,试样中等效应力和等效应变减小,等效应变分布均匀性提高。     

等通道转角挤压中摩擦影响的数值模拟

采用大型商用有限元软件ANSYS对等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)过程进行数值模拟,得到了ECAP变形过程中的等效应变和等效应力分布规律,分析了摩擦对ECAP变形的影响.结果表明,当模具转角φ＝90°、ψ＝0°时,与无摩擦情况相比,摩擦的存在使与模具接触的试样底部金属发生较大的变形,使等效应变和等效应力分布不均;最大等效应变主要分布在试样的底部,最大等效应力主要分布在转角处且比无摩擦时的分布区域有所扩张.同时,无摩擦时,试样与模具外转角处产生"间隙";存在摩擦时,随着摩擦的增大这种"间隙"逐渐减小甚至会消失.     

连续变断面循环挤压TC4钛合金的变形模拟北大核心CSCD

采用Deform软件模拟TC4钛合金棒材以连续变断面循环挤压细化组织效果较好的一组参数:变形温度800℃,挤压速度2 mm/s,6道次循环变形时的应力场、应变场及温度场。结果表明,随着变形循环道次的增加,应变量随之增加,在圆柱坯料高度方向的中间区域等效应变分布较为均匀;对比同一变形循环的挤压工序与镦粗工序,挤压工序的等效应力稍大;此外,变形试样中心区域的温度较高且为大变形区,其原因是试样外表面与模具之间存在热交换而导致试样表面温度较低。但就整体而言,试样变形量分布还是相对均匀,这与其显微组织及显微硬度沿径向分布较均匀的试验结果一致。     

连续变断面循环挤压TC4钛合金的变形模拟

采用Deform软件模拟TC4钛合金棒材以连续变断面循环挤压细化组织效果较好的一组参数:变形温度800℃,挤压速度2 mm/s,6道次循环变形时的应力场、应变场及温度场。结果表明,随着变形循环道次的增加,应变量随之增加,在圆柱坯料高度方向的中间区域等效应变分布较为均匀;对比同一变形循环的挤压工序与镦粗工序,挤压工序的等效应力稍大;此外,变形试样中心区域的温度较高且为大变形区,其原因是试样外表面与模具之间存在热交换而导致试样表面温度较低。但就整体而言,试样变形量分布还是相对均匀,这与其显微组织及显微硬度沿径向分布较均匀的试验结果一致。     

有限元分析宽厚比对镁合金变通道挤压的影响

采用有限元分析软件,对250℃下AZ31镁合金变通道角挤压进行数值模拟分析,研究宽厚比k对成型过程中的挤压载荷、等效应力、等效应变和应变均匀性的影响。结果表明:宽厚比k对AZ31镁合金挤压成型过程中的挤压载荷、等效应力、等效应变和应变均匀性影响明显。k由4增长至10时,挤压载荷由1.1×10~6N增至5.5×10~6 N。k小于8时,试样的应力等效最大值约为270 MPa;当k为8时,在转角剪切区应变高达2.3,心部和表层的应变差值小于0.5,剪切区累积了大量的应变且应变均匀性高,易诱发动态再结晶和晶粒碎裂,细化晶粒,增强AZ31镁合金的强韧性能。     

7075铝合金室温等通道转角拉伸模拟与试验

采用有限元软件Deform-3D对7075铝合金室温等通道转角拉伸过程进行了数值模拟，分析了室温条件下金属流动、最大主应力、等效应力以及等效应变的分布规律，揭示了材料的变形机理。利用等通道转角拉伸试验，验证了7075铝合金变形模拟结果的准确性。结果表明：模具出、入口的金属流动速度差使试样在大变形区出现缩颈，试样横截面的断面收缩率为17.97%;内、外模角区域的剪切力分布不均引起横截面呈椭圆形；在金属流动速度差和剪切力分布不均的共同作用下，大变形区出现明显弯曲。变形开始阶段，内、外模角区域的应力状态复杂，同时转角区域所产生的拉应力最大，导致试样在难变形区与大变形区交界处最容易产生裂纹并发生断裂，同时在大变形区靠近内模角的表面容易产生损伤。变形过程中，试样的等效应力和等效应变分布呈现不均匀现象，其横截面表面处的等效应变高于内部的数值，其大变形区等效应变不均匀度系数为0.85,优于同参数的等通道转角挤压的1.46。等通道转角拉伸试验后，试样无明显的飞边与毛刺，横截面的断面收缩率为17.49%,与模拟的结果相吻合。     

纯铜等通道转角挤压工艺有限元分析与实验

利用数值模拟和实验研究方法分析圆形纯铜挤压件多道次等通道转角挤压(ECAP)工艺,发现多道次挤压获得的挤压件形变充分,形变分布较为均匀。通过分析挤压件截面的等效应变值与分布,发现模具的内角对挤压后材料等效应变值的影响较大,当内角为90°时,材料单次挤压的等效应变值达1.40,是内角为135°时的2.3倍,但材料的均匀性相对较差;挤压路径和通道形状对挤压后材料的形变均匀性至关重要,Bc路径和圆形通道效果最佳,不易形成应力集中等现象;挤压次数增加,材料的累积应变值和均匀性显著提高。实验中,挤压后棒材的横截面与表面的显微硬度值分别由原始的99HV上升至145HV和148HV,变化趋势与有限元模拟结果吻合。     

小坯料等通道转角分流新技术挤压大型铝合金板(英文)

为了结合等通道转角和分流挤压技术生产板材,研究了一种等通道转角分流(P-ECAP)挤压新技术。通过有限元方法研究了用于高速列车的6005A铝合金板材的挤压。在传统分流模具的分流通道内设计了等通道转角工艺。预测了不同通道转角对P-ECAP工艺挤出板材的废料长度变化的影响;研究了通道转角和挤压速度对最大工件温度和其他场变量的影响。结果表明:板材在通道转角为160°时具有最好的尺寸精度,而且废料的尺寸也最小;较为合理的挤压速度为3~5 mm/s。另外,当挤压速度从1 mm/s增加到9 mm/s时,挤压力的峰值上升了49%,工件的最高温度升高了70°C。在通道内的转角变形区,等效应变有上升趋势;挤出板材的焊合区和模具边缘最大主应力为张应力。     

双向挤压与等通道复合变形模型的有限元分析

以AZ31镁合金为研究对象,对其进行了双向挤压与等通道复合变形模型的数值模拟计算,分析了模具转角对金属流动状态、等效应力、应变与挤压力的影响,并定量的分析了等效应变分布的不均匀程度。结果表明:AZ31镁合金经过双向挤压与等通道复合变形后发生了剧烈的塑性变形,应力主要集中在模具转角剪切区,且能有效的获得高的均匀等效应变值。     

Design of RT Equal Channel Angular Pressing Pure Titanium Workpiece by Finite Element Simulation

为了优化室温下等通道转角挤压纯钛工件的几何形状,采用三维有限元软件模拟了纯钛工件的变形行为。通过对比分析工件形状和尺寸对损伤因子、挤压力以及剪切带处应变速率分布等参数的影响,获得了工件最佳几何形状。仿真结果表明,方条形工件的损伤因子大于圆棒型工件,且高于纯钛材料的临界损伤因子,表明方条形工件不利于变形,易产生表面裂纹。3D模拟结果表明,直径为15 mm的圆棒型工件具有最小的损伤因子,适中的挤压载荷以及相对均匀的应变分布。依据仿真结果提供的最佳工件,即直径为15 mm的圆棒型工件,室温下成功挤压出直径15 mm的纯钛圆棒。挤压后样品截面上硬度分布均匀,与3D仿真所预示的均匀应变分布相一致。     

Analysis of T-shaped equal channel angular pressing using the finite element method

Plastic deformation behavior in T-shaped equal channel pressing, a modified equal channel angular pressing (ECAP) using T-shaped channel instead of conventional L-shaped channel, is analyzed by using the commercial finite element code DEFORM. Simulations were carried out under realistic conditions by considering the strain hardening of material and friction. The deformation behavior is more complicated and the strain induced is highly localized. Severe plastic strain is localized in the bottom region of the workpiece and very small strain is developed in the other region, which is in good agreement with the experimental results reported in the literature showing the nonuniformity in microstructure and hardness distribution. In addition, the load requirements of the T-ECAP are much higher compared to conventional ECAP.     

Thermo-mechanical model with adaptive boundary conditions for friction stir welding of Al 6061

Thermo-mechanical simulation of friction stir welding can predict the transient temperature field, active stresses developed, forces in all the three dimensions and may be extended to determine the residual stress. The thermal stresses constitute a major portion of the total stress developed during the process. Boundary conditions in the thermal modeling of process play a vital role in the final temperature profile. The heating and cooling rates with the peak temperature attained by the workpiece determine the thermal stress. Also, predicting realistic peak temperature becomes important as the operating temperature at the interface of tool-workpiece is very close to the solidus temperature of the aluminum workpiece.The convection heat-transfer coefficients of the surfaces exposed to air can be theoretically determined using Newton's law of cooling. Contact conductance depends on the pressure at the interface and has a non-uniform variation. The actual pressure distribution along the interface is dependent on the thermal stress from local temperature and non-linear stress–strain state. Therefore, applying an adaptive contact conductance can make the model more robust for process parameter variations.A finite element thermo-mechanical model with mechanical tool loading was developed considering a uniform value for contact conductance and used for predicting the stress at the workpiece and backplate interface. This pressure distribution contours are used for defining the non-uniform adaptive contact conductance used in the thermal model for predicting the thermal history in the workpiece. The thermo-mechanical model was then used in predict stress development in friction stir welding.     

基于网格重剖分的搅拌摩擦焊接数值模拟及搅拌头受力分析

采用自适应网格方法,建立搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合热刚粘塑性有限元模型,模拟搅拌摩擦焊接过程中工件的温度场、变形场和搅拌头的受力。计算结果表明,温度场关于搅拌头的分布为非对称,焊接在前行侧的有效应变高于其返回侧;沿焊缝区域的温度场、应变场分布是由工件的上表面至底面,呈自上而下的顺序递减。对搅拌头反力曲线的研究表明,在相同的转速下,焊接速度越快,其反力越大;在相同的焊接速度下,转速越大,其反力越小;搅拌头的受力峰值产生在预热阶段结束和搅拌头开始移动的时刻,在给定搅拌头倾角的情况下,搅拌头的最高温度产生在搅拌头的后侧。     

搅拌摩擦焊接过程中搅拌头转速对材料流动的影响

使用有限元方法模拟了不同搅拌头转速下,搅拌摩擦焊接过程中Al6061～T6材料的三维流动,以及材料流动与搅拌头转速的关系,结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中,后退侧的材料流动较前进侧更为剧烈,并且随着搅拌头转速的增加,材料流动也会得到不同程度增强,搅拌头前方的材料在搅拌头的推动作用下向上涌起,被旋推到搅拌头后方并向下运动,该过程的周而复始是促使搅拌摩擦焊接顺利完成的主要原因,等效塑性应变等值线的形状与材料热影响区,热力影响区以及搅拌区的边界形状具有较好的对应关系,随着搅拌头转速的增加,等效塑性应变随之增加。     

Finite element simulations of deformation behavior in equal channel angular pressing using a rotated die

A new die design for equal channel angular pressing (ECAP) of square cross-section billet was proposed by a 45 rotation of the inlet and outlet channels around the channel axes. ECAP utilizing the rotated and conventional dies was simulated in three dimensions using the finite element method. Conditions with different material properties and friction coefficients were studied. The billet deformation behavior was evaluated in terms of the spatial distribution of equivalent plastic strain, plastic deformation zone and load history. The results show that the rotated die appears to produce billets with a smaller deformation inhomogeneity over the entire crosssection and a greater average of equivalent plastic strain at the cost of a slightly larger working load. The billet deformation enters into a steady state earlier in the case of the rotated die than the conventional die under the condition of a relatively large friction coefficient.     

圆形等通道转角挤压过程三维数值模拟

基于网格重划分技术,采用有限元软件Marc对等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)进行数值模拟,得到了模具转角φ=90°、ψ=0°以及不同摩擦条件下圆形试样ECAP变形过程的网格、载荷变化以及等效应变分布规律。结果表明:由于剪切变形和外摩擦作用,底部网格产生畸变,出口端部形成半球形;圆形ECAP过程经历开始变形、稳定变形和终了三个阶段,在开始变形阶段载荷急剧增加,进入稳定阶段后变化平稳,但由于摩擦和加工硬化作用载荷继续增加;与无摩擦情况相比,摩擦的存在增加了试样与模具接触的接触面积、载荷值以及变形的不均匀性。此外,试样中心较表面变形更均匀,而中间截面相比头尾变形较为均匀。     

圆形工件等通道转角挤压应变分布和塑性变形区的三维有限元分析

利用三维有限元方法模拟了圆形工件的等通道转角挤压过程,分析了工件上应变分布情况,其与理论值和二维模拟的结果符合较好.通过对稳定变形阶段塑性变形区的分析,探讨了应变分布不均匀的原因,所得结果有利于理解工件变形过程和优化工艺设计.     

反压对粉末多孔材料等通道转角挤压过程的影响

采用体积可压缩刚粘塑性有限元法对粉末多孔材料带反压的等通道转角挤压过程进行数值模拟,获得粉末多孔材料在该过程中的变形和致密行为.并在此基础上分析反压大小和反压模具结构对挤压变形效果的影响.结果表明:采用带反压的方式可有效控制变形过程中粉末金属的流动,增加试件整体变形的变形量,提高变形均匀性及致密效果;带反压的等通道转角挤压工艺可有效降低试件在挤压过程中产生破坏的可能性,同无反压方式相比,带反压挤压件内部获得更为均匀细密的内部组织结构.     

基于Normalized C&L准则的ECAP裂纹萌生趋势的数值模拟

根据Normalized Cockcroft&Latham韧性断裂准则,利用Deform-2D对6061Al等径角挤压过程进行了裂纹萌生趋势的模拟,在一道次模拟中,得出了模具拐角φ、外转角半径r与背压对试样裂纹损伤分布的影响:模具拐角越大,裂纹损伤值越小;外转角半径r=6 mm为最佳,大于6 mm时裂纹损伤值增大;施加背压有利于减少裂纹的产生,背压越大,裂纹损伤值越小,但是,考虑到ECAP的效率,背压值不能选择太大的数值。对多道次ECAP进行数值模拟,并与实验结果进行对比验证。结果表明,三道次、A路线挤压后裂纹损伤值在上表层最大。