铝合金锻造开坯变形均匀性数值模拟与实验验证北大核心CSCD

锻造开坯变形均匀性是影响锻件质量的重要因素。以2A14铝合金为研究对象,利用Deform-3D有限元软件对锻坯应变场进行模拟,通过引入平均等效应变ε_(ave)、变形均匀系数a,结合晶粒形貌观察和拉伸力学性能测试,对“单向镦粗”和“多向镦粗”两种锻造开坯工艺的变形均匀性进行定量和定性分析。研究结果表明:“多向镦粗”锻造开坯工艺的变形均匀性较“单向镦粗”锻造开坯工艺好,且锻造累积应变量越大,变形均匀性越好,力学性能各向异性越弱。2A14铝合金在多向镦粗锻造开坯过程中,随着累积应变量的增加,晶粒细化机制由晶粒破碎机制逐渐转变为连续动态再结晶机制。     

轴类件拔长V型砧和四砧径向锻造锻透性研究

轴类大锻件拔长可以采用V型砧、四砧径向锻造等。为了解这些拔长方式对锻件芯部变形的影响,应用有限元软件Super Form模拟了拔长锻造过程,对比分析了V型砧和四砧径向锻造两种工艺方法的锻透性。研究表明:V型砧拔长,锻后锻件内部等效应变分布不均匀,各处变形差异较大,经3道次拔长后,锻件芯部锻透性较好,给定条件下的累积等效应变约为1.6;四砧径向锻造,锻后锻件内部等效应变分布比较均匀,但锻件芯部锻透性较差,给定条件下芯部等效应变小于0.2,且端部一定长度范围内,芯部等效应变更小,经4道次拔长后,芯部累积等效应变为0.8左右。     

高速列车铝合金轴箱体锻造工艺设计及材料变形规律

针对形状结构相对复杂的7050高强铝合金轴箱体,在Gleeble-1500热模拟试验机上对原材料进行了变形温度300~450℃、应变速率0.01~10 s-1的热模拟试验,获得了不同变形温度和变形速率下的真实应力-应变关系曲线,建立了含有应变补偿的7050铝合金Arrhenius本构关系模型;提出了一种能够合理分配材料体积的轴箱体预制坯形状,并设计了相应的挤压预锻工艺和模具结构,通过数值模拟研究了轴箱体锻造过程中金属流动规律。研究表明,挤压后的预锻件满足终锻件的体积分配要求,能够使终锻件充型饱满、流线分布合理,无折叠现象,工艺流程简化为自由锻压扁镦粗、挤压制坯和终锻3步,缩短了加工周期。在实际生产中缺乏多向锻造设备时,为轴箱体类锻件生产提供了一种可行的工艺方法。     

钢锭开坯形状对镦粗变形的影响

文中介绍为了提高大锻件的内在质量及机械性能,提出一种新型的锻造开坯工艺,经过模拟试验,证实了由于钢锭形状的改变,造成三向压应力,显著提高锻坯的变形程度,使变形均匀,从而可消除镦粗时的表面及内部裂纹并增加铸态组织的破碎程度及焊合锻件中的各种缺陷。     

SIMA法连续制备AZ91D合金半固态坯的微观组织演化

采用正挤压—等径道角挤压复合工艺对铸坯进行等效应变为4.71的预变形,并研究该预变形坯在再结晶及半固态等温处理过程中的组织演化规律。结果表明,再结晶晶粒细小、均匀,且该组织对随后的半固态等温处理过程中的组织演化及液相分布有重要影响,当在530℃保温15~30min时,所获得的晶粒平均直径为35~40μm,晶粒的形状系数为1.31~1.1,且液相的有效体积分数达到96%以上,非常适合触变成形复杂形状零部件。该工艺能为连续制备大尺寸制件奠定理论基础。     

航空发动机铝合金筒体关键件锻造成形工艺

以某航空发动机2A70铝合金筒体关键零部件为研究对象,此锻件在实际生产中经常出现毛边边角部开裂,且裂纹延伸至锻件本体,从而导致材料合格率不高。针对此问题,将压扁预制坯改进为挤压预制坯,再进行终锻,此外建立了现行的压扁+终锻工艺以及改进的挤压+终锻工艺的三维有限元模型,并对其成形过程进行分析。通过模拟结果显示,采用预挤压再进行锻压终成形的方式减少了角部的应力、应变集中以及出现裂纹和孔洞的问题,且变形分配更加合理。实验结果表明,采用挤压+终锻的工艺不仅减少了现行的压扁+终锻工艺成形过程中非加工表面折叠、毛边处开裂的问题,而且终锻件各部分晶粒大小分布均匀,并且将此锻件的材料利用率由51%提高到了79.5%以上。     

拉杆辊锻制坯有限元模拟

论述了辊锻工艺的基本原理及特点.采取辊锻工艺对拉杆锻件进行制坯并使用有限元模拟软件模拟整个过程,得到无飞边、毛刺的坯料,符合制坯要求;通过分析其金属流动情况及应力场、应变场分布,从而证明辊锻工艺是较好的制坯工艺.     

基于Simufact数值模拟的2A70铝合金模锻成形及工艺优化

采用Simufact模拟软件对2A70铝合金模锻件成形过程进行模拟以及采用3T模锻锤对该锻件进行生产,研究了该锻件垂直分模面位置等效应变对低倍组织的影响。结果表明:2A70模锻件垂直分模面部位低倍组织晶粒尺寸与Simufact软件进行变形模拟后等效应变具有相同分布特征;2A70铝合金在较大变形和临界变形范围内均产生粗大晶粒,最优变形窗口等效应变为0.2～0.8;采用优化后的坯料尺寸及锻造工艺参数可生产出均匀细小晶粒的2A70铝合金模锻件。     

高强铝合金锻件KIC值的测试方法研究

分析对比了国内外高强铝合金锻件的断裂韧性测试方法,并采用不同的技术措施对超大规格或超厚型高强铝合金锻件的断裂韧性值的测试方法进行分析研究,得出了影响高强铝合金锻件KIC测定的具体原因.研究表明,通过一定技术措施,高强铝合金锻件的断裂韧性值KIC是可以采用小尺寸标准CT样获得,并能够通过原材料冶炼和锻造及热处理工艺的改进,提高其断裂韧性值KIC.而影响高强铝合金锻件KIC值成功测定的最根本措施是保证试样裂纹尖端的平面应变状态和塑性变形受到严重约束.     

支承辊微观组织的模拟研究

以锻钢支承辊为研究对象,运用Deform-3D软件中的Microstructure模块,对锻件KD法和WHF法拔长变形过程中的动态再结晶进行数值模拟,考察工件在热变形过程中等效应力、应变、位错密度等因素对锻件微观组织演化的影响,对锻后晶粒尺寸进行预测,为支承辊锻造工艺提供参数依据。     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Al-Li-Zr AND Al-Li-Cu-Mg-Zr ALLOYS

The aging response,tensile and impact properties of two kinds of Al-Li based alloys havebeen studied.The microstructure,deformation as well as fracture behaviour in the alloys wereobserved with SEM and TEM.It was found that the mechanisms of deformation and fracturefor different heat-treated alloys with the same chemical composition are quite different.Thecauses leading to the drop of ductility,toughness as well as anisotropy in peak-aged alloyshave been analysed.Finally,possible methods to improve the ductility and toughness of the al-loys have been discussed.     

Al-Li-Zr和Al-Li-Cu-Mg-Zr合金的显微组织和力学性能

研究了两种Al-Li基合金的时效硬化、拉伸和冲击等力学行为,用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织结构,变形和断裂的特征进行了分析。结果指出:同一成分、不同热处理态的合金变形和断裂的机制截然不同。分析了时效态合金韧性下降和产生冲击各向异性的原因。讨论了改善Al-Li合金塑、韧性的可能途径。     

AN INVESTIGATION OF HIGH-TEMPERATURE DEFORMATION STRENGTHENING AND TOUGHENING MECHANISM OF TITANIUM ALLOY

1.IntroductionItiswellknownthatalpha-betatitaniumalloysareusuallyprocessedbyconventionalforging,i.e.,materialsareheatedandprocessedat30--50"Cbelowbetatransustemper-ature.Theconventionallyforgedtitaniumalloyshaveanequiaxedmicrostructure.Ingeneral,equiaxedmicrostructuresshowahigherductilityandhigherstrength,buthavelowerhigh--temperatureproperties,lowerresistancetofatiguecrackpropagationandlowerfracturetoughness[1].Inthelate50s,anewforgingmethod,calledbetaforging,waspro-posedbyCroan[2].Itbroket…     

热处理工艺对20Mn2SiVB钢的组织及力学性能的影响

通过控制20Mn2SiVB钢的奥氏体化温度和空冷速度，可得到强韧性配合优良的含粒状贝氏体的混合组织。结果表明奥氏体化温度越高，空冷速度越快得到混合组织的均匀性越好，当组织均匀并以粒状贝氏体为主时，钢的拉伸变形一致，有效地阻碍了裂纹扩展，提高了材料的韧性。     

EFFECT OF GRAPHITE NODULES ON FRACTURE TOUGHNESS OF NODULAR CAST IRON

本文在球铁三点弯曲试件的裂纹尖端区模拟球铁材料的微观结构,建立了宏观与微观相结合的局部复相离散计算模型和复相材料中J积分基本关系式,编制了适合计算多相材料弹塑性大应变及J积分的有限元程序,对石墨形状、大小及体积百分比等对球铁应力强度因子及断裂韧性的影响作了比较全面的分析,和相应实验结果符合得较好。     

Material physical response in the extrusion process

The mechanical properties and surface quality of the extruded profiles depend on the final microstructure which has been developed during the extrusion process. The final microstructure is a result of a billet microstructure, material deformation history and post-processing treatment. In order to understand the role of the metal flow in the deformation history both physical and numerical process modelling techniques have been applied. Physical modeling of the extrusion process using modelling materials allows quick and inexpensive evaluation of the flow conditions through different die configurations. Additional information can be obtained from the crystallographic characterization of the typical deformation zone regions such as dead metal zone, main deformation zone and recrystallized zone on the billet-container interface. The electron backscattering diffraction (EBSD) technique has been utilized to follow in detail the orientation aspects of the deformed grains in extruded aluminum. This analysis provides information which can be utilized in the die and process design to improve metal flow uniformity and therefore the microstructure of the final product. It also allows prevention of the typical extrusion defects like surface tearing.     

Fracture toughness and microstructural characterization of polycrystalline rolled tungsten

Various fracture tests have been performed to determine the fracture toughness of sintered and rolled tungsten rods. The polycrystalline rods experienced a degree of deformation of about 65% after sintering and exhibited a pronounced fiber texture. Specimens with three different kinds of crack orientation were extracted and tested in the temperature range between − 150 °C and 950 C. The results confirm the strong influence of the anisotropic microstructure on the fracture behavior and on the brittle-to-ductile transition. To gain insight into the failure mechanisms, a close analysis of the microstructure was done by scanning electron microscopy and electron backscatter diffraction. Furthermore, in situ experiments were conducted at elevated temperatures in the transition regime to study crack initiation and fracture. Auger spectroscopy showed segregations of phosphorus and fluorine at intergranular fracture surfaces.     

等温锻造对碳化硅颗粒增强铝基复合材料断裂韧性的影响

开展了粉末冶金法制备的20%SiC_p/2009Al复合材料坯锭的等温锻造实验,通过金相观察、扫描电镜(SEM)、拉伸和断裂韧性测试等方法研究了不同变形量对锻件微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着等温锻造变形量的增大,SiC颗粒分布更加均匀,锻件的强度和塑性显著提高。通过SEM对材料断裂韧性裂纹扩展路径观察发现,主裂纹扩展发生在SiC颗粒偏聚区域的铝基体中。复合材料的断裂方式为以基体韧性断裂和增强体脆性断裂这2种方式为主。     

固溶时效对TB6钛合金锻件组织和性能的影响

采用不同固溶温度和不同时效温度对TB6钛合金自由锻件进行热处理,通过室温拉伸和断裂韧性检测和高低倍组织检测,获得力学性能和高低倍组织的变化规律和变化程度.结果表明:固溶选用750～760℃水冷,时效选用520℃～530℃空冷,室温拉伸和断裂韧性具有较好的匹配性,低倍晶粒较细,高倍组织中初生α相较多.     

WC硬质合金颗粒复合耐磨材料的韧性与断裂

采用不同类型的WC硬质合金颗粒及不同成分的金属基本组成的两种复合耐磨材料，研究了复合材料的韧性及其影响因素，观察分析了其断口形貌及断裂机理．结果表明，复合材料的韧性与断面上WC硬质合金颗粒及金属基体的面积分数有关，主要取决于金属基体的成分、组织状态、韧性和含量，基体的韧性越好，含量越多，则复合材料的韧性越高．在冲击载荷作用下，WC硬质合金的断裂为脆性解理断裂，而金属基体则为具有少量塑性变形的准解理断裂。