利用圆环镦粗与有限元法测定 TC4 钛合金高温变形的摩擦系数

将圆环镦粗与有限元方法相结合测定了 TC4 钛合金高温变形时的摩擦系数。 利用有限元模拟方法确定了摩擦系数的理论校准曲线,并根据圆环镦粗试验结果确定了圆环内径与高度变化的关系,将圆环镦粗后的内径和高度的变化百分比与模拟得到的摩擦系数理论校准曲线进行对比,得出 TC4 钛合金在玻璃润滑剂和干摩擦条件下的摩擦系数分别为 0 . 32 和 0 . 58 。     

TC4 钛合金高压扭转变形过程数值模拟

目的研究TC4钛合金高压扭转变形过程,得到最佳的变形条件。方法以不同高径比的TC4钛合金饼坯为研究对象,利用Deform-3D数值模拟软件模拟其高压扭转变形过程,分析高压扭转变形过程中的变形情况以及等效应变分布规律,分析摩擦因数、变形温度、轴向压力对钛合金高压扭转变形过程的影响并对其进行优化。结果摩擦因数对高压扭转变形过程的影响比较大,当摩擦因数达到1时,高压扭转变形过程相对容易进行。变形温度对高压扭转变形过程的影响不是很明显,不过温度越高,变形越容易进行。轴向压力越大,变形越不均匀,轴向压力选择314 kN为最佳变形条件。结论摩擦因数较大,利于TC4高压扭转变形过程。变形温度对高压扭转变形过程影响不大。轴向压力选择适当利于高压扭转变形过程。     

TC2钛合金管材等温挤压过程的有限元模拟

采用DEFORM-3D有限元法模拟了TC2合金管材的等温挤压成形过程,并对挤压过程中不同阶段的各种场量进行了分析,通过与实际生产对比确定了挤压摩擦因数,同时分析了不同的摩擦因数和凹模半锥角对挤压载荷的影响。     

润滑条件对圆管镦挤法兰成形的影响

对圆管镦挤法兰成形工艺进行了详细的研究 ,采用有限元数值模拟方法分析了润滑条件对成形过程中金属流动的影响及缺陷产生的原因 .给出了两种内径、三种壁厚情况下成形法兰宽度 -摩擦系数关系曲线 ,并进行了圆管镦挤法兰成形试验 ,数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性 .     

多层石墨烯对钛合金摩擦学性能的影响EI北大核心CSCD

采用液相剥离法制备多层石墨烯(MLG)及MLG/Fe_(2)O_(3)复合纳米材料,将MLG,MLG/Fe_(2)O_(3)及MLG+Fe_(2)O_(3)直接添加至钛合金与钢的滑动界面上,通过干滑动摩擦磨损实验测试TC11合金的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、3D激光扫描显微镜及能谱仪对磨损表面及亚表面的结构、形貌、成分进行分析。结果表明:只添加MLG时,TC11合金磨损失重及摩擦因数的变化趋势与未添加时类似,但磨损更严重。磨面上只含金属Ti,呈现出黏着痕迹、塑性撕裂、犁沟等黏着、磨粒磨损特征,基体发生塑性变形。添加MLG/Fe_(2)O_(3)复合和MLG+Fe_(2)O_(3)机械混合纳米材料时,磨损失重及摩擦因数在一定滑动转数范围内始终保持极低值,处于0附近。磨面上留有MLG和Fe_(2)O_(3)等物相,摩擦层为双层结构,呈现出典型的黑色、灰色区域。转数增至25000转时,添加复合材料时形成的双层摩擦层消失,转变为严重磨损,而添加混合材料时形成的双层摩擦层仍稳定存在。单独的MLG不能改善钛合金的摩擦磨损性能,在含Fe_(2)O_(3)摩擦层基础上添加MLG,形成的双层摩擦层兼具润滑和承载功能,可显著提高钛合金的减摩性和抗磨性。机械混合添加剂诱导形成的双层摩擦层中,因MLG层多且相对含量较高,钛合金表现出更为优异的摩擦学性能。     

表面预处理对钛合金表面低温等离子体氮化的影响

为提高TC4钛合金表面摩擦学性能,探究酸洗及等离子体预处理对TC4钛合金表面低温等离子体氮化进程的影响。首先采用热丝增强等离子体氮化系统分别对表面酸洗及未酸洗TC4钛合金在氩气气氛下进行等离子体预处理,然后对各种表面预处理的TC4钛合金实施低温(500℃)等离子体氮化。采用扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪分别分析了试样的截面形貌、氮势分布和物相组成;采用显微硬度计、摩擦磨损仪和轮廓仪测试氮化后TC4钛合金表面的显微硬度、磨痕曲线和摩擦系数,并计算了磨损量。结果表明:低温氮化后TC4钛合金基体组织形貌不变,表面获得厚度约10μm的氮化层。氮化后TC4钛合金的XRD衍射峰均向低角度偏移,表明形成含氮固溶体相。其中酸洗复合30 A等离子体预处理的TC4钛合金氮化后,XRD衍射峰向低角度偏移最明显,偏移量达0.2°。与基体相比,酸洗复合30 A等离子体预处理的TC4氮化表面显微硬度提高至691 HV,磨损量仅为基体的16%。酸洗复合等离子体预处理有效去除TC4钛合金表面氧化层、粗化表面,促进低温等离子体氮化进程,有利于含氮固溶体相形成,从而提高其表面摩擦学性能。     

基板强度对汽车用合金化热镀锌板摩擦因数的影响

采用平板滑动摩擦实验研究不同接触压力下合金化热镀锌钢板的摩擦因数。结果表明:在相同的变形条件下,低强度基板加工硬化较强烈;在相同接触压力下,镀锌板基板强度越高,摩擦因数越低;随着接触压力增大,低强度镀锌板摩擦因数由0.154降为0.136,高强度镀锌板摩擦因数由0.140降至0.135;随着接触压力的进一步增加,摩擦因数降低的趋势变缓。基于黏着理论深入分析了基板强度影响摩擦因数的原因,得出如下结论:摩擦因数主要由α值(总的实际接触面积中模具和镀层直接接触部分百分比)和基板表面显微硬度决定;基板强度是决定基板表面显微硬度和α值的主要因素;随着接触压力增大,不同的加工硬化率会使不同强度基板的表面显微硬度逐渐接近,致使α差异减小,最终使基板强度对镀锌板摩擦因数影响减弱。     

TC4深筒形件超塑预成形模具型面设计及变摩擦厚度控制

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景(厚度精度要求1.6mm±0.2mm),设计了多种预成形模形状,采用MSC.MARC有限元模拟研究了不同形状的预成形模对深筒形件侧壁厚度分布的影响, 并分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,提出了模具型面变摩擦控制厚度分布的方法.结果表明:预成形模对压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善.同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布均匀性有利.减小终成形模的摩擦,可以使板料整体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据有限元分析结果,对模具表面进行处理,并通过正反向超塑成形实验制得TC4钛合金深筒形件,其厚度分布满足1.6mm±0.2mm.     

含夹杂坯料镦粗的有限元分析

采用有限元数值模拟方法分析不同镦粗工艺对夹杂物的弥散作用.建立了常用的平砧镦粗、锥形砧镦粗和凹面砧镦粗等3种计算模型,通过对镦粗过程中夹杂物的应力应变集中程度、基体损伤值、夹杂物间距的结果分析,认为锥形砧镦粗工艺最好.     

某大曲率薄壁件成形参数优化

目的 根据某大曲率薄壁件形状需求,以最大减薄率为优化目标,采用数值模拟与响应面相结合的方法对其成形的工艺参数进行优化,以得到合格的零件产品。方法 首先,研究压边力、拉延筋阻力、摩擦因数、冲压速度等单因素参数对最大减薄率的影响规律。根据规律变化确定正交试验的参数范围,并对正交试验结果进行极差分析,确定本次板料冲压成形有限元分析的工艺参数对最大减薄率影响大小的排序为：摩擦因数>压边力>拉延筋阻力百分比>冲压速度;根据极差分析结果,选定对最大减薄率影响较小的冲压速度为3 000 mm/s、其他3个工艺参数为变量进行再次优化,以摩擦因数、压边力、拉延筋阻力为优化对象建立响应面。结果 通过响应面预测结果可知,摩擦因数为0.09、压边力为409.730 kN、拉延筋阻力为32.384%时,最大减薄率得到最小值7.926%。将该组工艺参数进行模拟,得到最大减薄率为9.40%,与响应面预测值仅相差1.474%,相对误差率为15.68%。结论 经过试验验证,试验和优化的数值分析结果吻合较好,最大减薄率仅相差0.60%,证明了该方法的可行性。     

异质钛合金线性摩擦焊接头界面行为分析

在线性摩擦焊机上进行了TC4/TC17异质钛合金线性摩擦焊实验研究.焊后利用光学显微镜、扫描电镜以及透射电镜等对焊接接头界面微观组织进行了分析.结果表明,线性摩擦焊接头界面结合良好,通过对接头焊缝界面及热机械影响区组织特点的分析发现,在摩擦焊接过程中焊缝区在热力耦合作用下界面温度超过β相变温度,在焊后冷却过程中发生相变...     

Effect of flow softening on ring test calibration curves

The application of the ring test to assess die–workpiece interface friction during forging of a flow softening material was investigated. Calibration curves were generated by conducting finite element method (FEM) simulations of ring forging with different friction factors. The method was validated by conducting isothermal, hot compression tests on rings of an α₂ titanium aluminide alloy for both lubricated and unlubricated interface conditions. The FEM results for the flow softening material were compared to those generated assuming no flow softening. In all cases, the differences between the curves predicted for the flow softening and non-softening behaviors were quite small. Furthermore, for given values of the interface friction factor, the calibration curves were essentially independent of the strain rate sensitivity (m) and flow softening.     

FE simulation for the forging process of TC6 alloy disc utilising a microstructural model

The interaction between the deformation behavior and microstructural evolution is the main characteristic in the forging process of a titanium alloy and the interaction can be researched using FE simulation. In this paper, a constitutive equation, considering the effects of grain size on the deformation behavior, is established for high temperature deformation of titanium alloys. Also, FE simulation of deformation behavior combined with heat transfer and grain size in the forging process of TC6 alloy disc is carried out. By FE simulation, the deformation distribution and grain size were illustrated for the forging of a TC6 alloy disc at 920 °C deformation temperature and 2.0 mm/s of hammer velocity. The calculated deformation load and grain size are in a good agreement with the experimental results.     

钛铝异质材料插销增强搅拌摩擦点焊接头组织与力学性能

目的开发一种无针搅拌头,以解决传统搅拌摩擦焊产生的匙孔和Hook缺陷问题。方法钛板预制通孔,铝板预制盲孔,插销置于孔中,进行搅拌摩擦点焊。采用无针搅拌头对厚度为2mm的TC1钛合金板和厚度为4 mm的2A12铝合金板(钛上铝下)进行了异种金属搭接搅拌摩擦点焊试验,试验采用旋转速度为950 r/min,焊接时间为100 s,下压量为0.2 mm的工艺参数,对焊接接头的抗拉剪力及接头组织进行评估。结果添加插销获得的焊接接头,钛、铝板与销之间实现固相连接,有效解决了有针搅拌摩擦焊产生的匙孔和Hook缺陷问题,且接头的抗拉剪力达到了6.42 kN。结论提出的插销增强搅拌摩擦点焊的新方法,采用的搅拌头具有较低的制造成本,工艺简单,提高了焊接效率,同时确保了焊接接头的质量。     

神经网络预测搅拌摩擦加工TC4超塑性行为

目的 研究搅拌摩擦加工工艺改性的Ti–6Al–4V双相钛合金的超塑性变形行为。方法 对360 r/min、30 mm/min工艺条件下搅拌摩擦加工处理的TC4钛合金在不同的变形条件下进行超塑性拉伸实验,在实验数据的基础上构建以变形温度、应变速率和晶粒尺寸为输入参数且以峰值应力为输出参数的3–16–1结构的BP人工神经网络模型。应用所构建的BP人工神经网络模型对不同变形条件的Ti–6Al–4V钛合金的超塑性行为进行预测。结果 BP人工神经网络预测的精准度较高,实验应力值与预测应力值吻合度较高,相关系数R=0.991 3,相对误差为1.91%~12.48%,平均相对误差为5.92%。结论 该模型预测的准确性较高,能够客观真实地描述Ti–6Al–4V合金的超塑性变形行为。     

Deformation behavior in isothermal compression of the TC11 titanium alloy

Isothermal compression of the TC11 titanium alloy has been conducted on Gleebe-1500 hot-simulator at the deformation temperatures ranging from 1023 K to 1323 K, the strain rates ranging from 0.001 s⁻¹ to 10.0 s⁻¹, and the height reductions ranging from 50% to 70%. The effect of deformation temperature, strain rate and strain on the flow stress and the apparent activation energy for deformation is in depth analyzed. The experimental results show that the apparent activation energy for deformation in isothermal compression of the TC11 titanium alloy decreases with the increasing of strain. Moreover, the apparent activation energy for deformation in α + β two-phase region of the TC11 titanium alloy increases with the increasing of deformation temperature and decreases with the increasing of strain rate. A power dissipation efficiency map in isothermal compression of the TC11 titanium alloy is constructed at a strain of 0.6, in which three domains with higher power dissipation efficiency are observed, and deformation characteristics of the above-mentioned domains are analyzed. Finally, optical micrographs of the TC11 titanium alloy obtained on a Leica DMLP microscope showed the evidence of deformation in three domains.     

TC21 钛合金高温变形本构方程研究

目的研究变形温度、应变速率等热力参数对TC21钛合金流动应力的影响规律,并构建出TC21钛合金本构方程。方法在热模拟试验机上对TC21钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,分析其真应力-真应变曲线。结果获得了该合金在变形温度范围为760~920℃、应变速率范围为0.001~10 s-1的流动应力数据,采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。结论误差分析表明,该本构方程具有较高精度,可为TC21钛合金锻造过程中的数值模拟和锻造热力参数的合理制定提供理论依据。     

Effect of process parameters on microstructural variables of a commercial TC6 titanium alloy disc

Abstract

The interaction between the deformation behaviour and the microstructure evolution is the main characteristic in the forging process of titanium alloy and this interaction is researched using finite element (FE) simulation. Coupled simulation of deformation behaviour with microstructure evolution has been carried out by means of a new constitutive equation presented by Li et al. (Mater. Sci. Technol., 2004, 20, 1256–1260). The effect of deformation temperature, hammer velocity,height reduction and shear factor on the microstructure variables, including grain size and volume fraction, has been studied in the forging process of the TC6 titanium alloy disc with deformation temperatures of 880–940°C, hammer velocities of 1·2–12 000 mm min^?1 and shear factor (m) of the friction of 0·1–0·4. The simulated results show that deformation temperature, hammer velocity and height reduction have a significant effect on themicrostructure evolution and this effect is more significant on the microstructure evolution in hot forging than that in isothermal forging. The simulated results are in good agreement with the experimental results.