双向挤压与螺旋复合变形有限元分析

以AZ31镁合金为研究对象,对双向挤压与螺旋复合变形模型进行工艺参数的数值模拟运算,分析工艺条件对AZ31镁合金在成型过程中等效应变和挤压力的影响。结果表明:双向挤压与螺旋复合变形可显著提高坯料变形过程的等效应变,随着挤压比的增加、挤压温度和挤压速度的升高,坯料所获得的等效应变值显著升高,双向挤压与螺旋复合变形AZ31镁合金的等效应变值可高达3.2。工艺条件的有限元分析为镁合金在双向挤压与螺旋复合变形的实际生产应用提供了重要参考价值。     

热力耦合数值模拟往复挤压AZ31成形过程

采用刚-粘塑性有限元法对AZ31镁合金往复挤压变形过程进行热力耦合(温度与位移相互作用)数值模拟,分析2道次往复挤压过程中等效应变速率场、等效应变场、等效应力场以及温度场的分布及变化情况。模拟结果表明:凹模细颈区与紧缩区的交接区域应变速率最大,呈弧线状分布;等体积往复挤压过程中,大变形区主要集中在细颈区靠近凹模内壁处以及镦粗一侧紧缩区靠近凹模内壁区域;挤压一侧紧缩区与细颈区的交接处应力较大,随变形的增加,应力最大值有所上升;温度场分布以细颈区中心为圆心,由高到低向外分布,在工件内形成温度梯度,高温区主要分布在细颈区中心区域。     

有限元分析等通道-螺旋挤压中螺旋参数的影响

对等通道挤压-螺旋成型模型进行数值模拟计算,分析转角剪切与旋转剪切对AZ31镁合金在成型过程中等效应力、应变和挤压力的影响。结果表明:经等通道挤压-螺旋成型后,随螺旋长度、螺旋角度和螺旋凹槽深度的增加,试样所获得的等效应变更大,分布更均匀,AZ31镁合金的塑性应变值最高达2.1;随螺旋长度、螺旋角度增加,试样获得的等效应力更大,但随螺旋凹槽深度的增加,等效应力无明显变化,在等通道的转角区和螺旋变形的旋转区出现明显的应力集中。     

镁合金等径角挤压过程有限元模拟

通过等径角挤压可以细化镁合金晶粒。利用非线性有限元软件MSC.Marc对镁合金的ECAE变形过程进行有限元模拟,获得等效应变和等效应力分布规律,分析挤压力随变形时间的变化和摩擦对ECAE变形的影响。结果表明:挤压力-变形时间曲线可以分为快速增加阶段,慢速增加阶段和稳定阶段;等效应力分布很不均匀,模具拐角对应的区域等效应力最大;试样中部的等效应变值,大于顶部和底部;摩擦会导致变形不均匀。     

杯状件径向-反向复合挤压成形力的上限分析

在圆柱体坐标系下,根据质点的流动规律将杯状件径向-反向复合挤压变形体划分成7个特征区,建立每个特征区的动可容速度场。基于上限理论,考虑各塑性变形区的变形功耗、所有速度间断面上的剪切功耗与全部摩擦面上的摩擦功耗,建立挤压成形力计算公式。通过挤压成形实验,验证挤压成形力计算公式的准确性。     

5056铝合金桥形零件挤压成形研究

为得到综合性能良好的5056铝合金桥形件,采用挤压成形工艺方案并对在不同小圆角半径的凸凹模作用下桥形件的成形过程进行数值模拟和分析。结果表明:当压下量S为40 mm、成形温度为420℃、凸凹模小圆角半径r为10 mm时,挤压变形过程中桥形件的小圆角处不会出现缩口缺陷;桥形件的等效应变分布、等效应力分布较为均匀;桥形件的等效应变差值最小,等效应力最大值最低。采用优化后的工艺参数和模具对模拟结果进行实验验证,得到符合尺寸和精度要求的桥形件。     

热扭转变形对AZ80+0.4％Ce镁合金时效行为的影响

使用Gleeble-3500热模拟试验机对AZ80+0.4%Ce镁合金进行高温扭转试验,随后进行时效处理。扭转变形时变形量和应变速率与扭转试样半径呈正比关系,以此研究应变速率及应变量对后期时效效果的影响规律。结果表明:合金经扭转变形后晶粒得以细化,试样横截面形成梯度组织,边缘处的平均晶粒尺寸小于心部;AZ80+0.4%Ce镁合金时效初期,析出相较少,边缘与心部的差别不大;随时效时间的增加,边缘的第二相面积分数明显高于心部;峰值时效时,边缘第二相面积分数仍高于心部;在时效过程中边缘处的硬度值始终高于心部,说明高应变量及应变速率对细晶和时效强化起到促进作用。     

基于空心坯料挤压AZ80镁合金轮毂组织与性能研究

为有效提升镁合金轮毂的综合力学性能,提出空心坯料挤压方法。采用数值模拟及试验的方法,对比研究空心坯料挤压及传统挤压AZ80镁合金轮毂的主要成形工艺,分析轮辐部位的显微组织和力学性能。结果表明:空心坯料挤压显著提高变形量,轮辐部位等效应变较传统挤压提高2倍;与传统工艺相比,空心坯料挤压AZ80镁合金轮辐的晶粒细小均匀,第二相分布也更均匀,其硬度、屈服强度、抗拉强度及伸长率均得到明显提升。该方法为提升轮毂性能提供新思路。     

筒形件正旋三维刚塑性有限元分析

建立了更加符合筒形件强旋实际过程的有限元模型 ,对筒形件正旋进行了三维刚塑性有限元数值模拟 ,获得了筒形件正旋变形各阶段的应力和应变速率分布 ,解释了正旋时的胀径、缩径及母线偏转和隆起等问题 ,求得了正旋过程中旋压力的变化 ,与实测结果吻合较好。     

软取向AZ80+0.4％Ce镁合金热拉伸变形行为研究

借助万能材料试验机、光学显微镜和扫描电镜,研究软取向AZ80+0.4%Ce镁合金挤压板材在变形温度为300~420℃、应变速率为0.000 5~0.5 s-1条件下的热拉伸变形行为。结果表明:随温度的升高流变应力逐渐下降,晶体内孪晶逐渐消失,动态再结晶增强;随应变速率的增加流变应力增大,晶粒尺寸减小。由断口分析可知:随着温度的升高、应变速率的降低,韧窝数量逐渐变少且深度变得越来越深,合金表现出较好的塑性变形行为。根据Arrhenius本构关系模型,建立AZ80+0.4%Ce镁合金的流变应力本构模型,峰值应力的试验值与计算值的相对误差仅为5.793%。     

AZ80+0.4％Ce挤压态镁合金热成形行为研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在温度为300~420℃、应变速率为0.000 5~0.500 0 s~(-1)条件下对AZ80+0.4%Ce变形镁合金进行热模拟实验,研究该合金的高温流变行为。用ZIESS PL-A662数码光学显微镜分析温度与应变速率对合金显微组织演化规律的影响。结果表明:应变速率一定时,流变应力随温度的升高逐渐降低;变形温度一定时,合金的流变应力随应变速率的增大而升高。合金的显微组织演化过程为变形温度较低时,存在大量未结晶的粗大晶粒,动态再结晶进行不完全,温度升高后,动态再结晶进行较完全;动态再结晶晶粒尺寸随应变速率的增加而减小。最后,以经典的Arrhenius本构关系模型为基础,采用线性回归方法建立AZ80+0.4%Ce变形镁合金的流变应力本构模型,对比峰值应力的实验值与计算值,平均相对误差仅为6.00%。     

Al-12Zn-2.4Mg-1.2Cu合金的动态再结晶临界条件研究

基于等温恒应变速率压缩变形试验研究具有典型动态回复和动态再结晶变化特征的Al-12Zn-2.4Mg-1.2Cu合金的应力-应变曲线,采用加工硬化率和3次多项式拟合相结合的方法,获得试验合金的临界应力/峰值应力、临界应变/峰值应变的比值分别为0.488~0.918和0.195~0.913。随着变形温度升高和应变速率减小,发生动态再结晶的临界应力呈下降趋势;随着应变速率增加和温度降低,发生动态再结晶的临界应变速率呈增大趋势。     

扩挤变形对7A04铝合金组织与性能的影响研究

研究7A04-H112铝合金经一次扩挤变形后的显微组织和力学性能。结果表明:相对于原始态试样,一道次挤压后试样的晶粒呈条状结构分布,抗拉强度和伸长率各提升57%和22.4%;二道次后试样的晶粒呈纤维状结构,各性能也均有不同程度的提升。可见,随着挤压道次的增加,晶粒变得更加纤细,力学性能提升,并且等效应变在变形中分布比较均匀,在不同道次变形中逐渐积累。     

某复杂盒体的挤压成形方案比较分析

针对一种非对称多筋盒体零件,设计3种不同形状的铝合金毛坯进行等温挤压,利用有限元模拟分析软件分别对其进行数值模拟,分析比较3种方案中的挤压结果、凸模的载荷-行程曲线、挤压过程中的缺陷、挤压件的等效应变-应力分布等因素,获得优化的挤压方案,并对模拟结果进行试验验证。结果表明,用带有凸起的曲面坯料进行挤压为最优方案,并获得理想的产品,验证了此方案可行。     

6062铝合金等径角挤压有限元模拟

采用Unigraphics.NX4.0建立了等径角挤压的几何模型,使用有限元软件DEFORM—3D对铝合金6062在不同摩擦因数、不同挤压速度下的ECAP过程进行模拟。获得相应的载荷时间曲线、等效应力应变分布、速度场分布和挤压后晶粒分布,并进行分析,为以后的研究提供理论指导。     

TC11合金β相区大应变热变形行为及组织研究

利用热模拟试验机,在温度为1020～1080℃和应变速率为0．001～70 s~(-1)范围内对TC11合金进行真应变为1．2的大应变等温恒应变速率压缩试验,获悉高温塑性流动的应力-应变关系曲线特征,并对变形前后的微观组织进行观察。结果表明:流动应力随应变速率升高和温度降低而增加,但前者比后者对流动应力的影响更为显著;在所研究的温度范围内,当应变速率大于10．0 s~(-1)时,变形组织主要为拉长的β晶粒;当应变速率在1．0～0．01 s~(-1)之间时,变形试样分别发生部分动态再结晶和完全动态再结晶;当应变速率为0．001 s~(-1)时,变形试样以动态回复为主。为获得良好的变形组织,热加工区域以温度在1020～1050℃,应变速率在0．01～1．0 s~(-1)范围为宜。     

新型药型罩温压扭成形模拟与实验研究

高压扭转工艺可以显著提高金属粉末的固结效果,有效细化晶粒并改善组织分布的均匀性。以薄壁锥形件为研究对象,采用MSC.Marc软件对铜粉锥形件温压扭成形进行了有限元模拟及实验研究,分析了其变形行为和致密化规律。结果表明：温压扭铜粉锥形件等效应力、等效应变及相对密度的轴向分布规律相似,均是由口部到锥部递减;剪切应变为靠近模壁的区域较大;同一水平位置的相对密度总是外壁大于内壁。实验制备的铜粉锥形件相对密度达到0.960 5,与模拟结果接近;不同部位晶粒细化程度在52%~66%之间,组织分布均匀性较好;显微硬度HV0.1为70~116. 实验与模拟结果具有较好的一致性,验证了有限元模型的可靠性。     

Ti-6A1-4V受弹丸冲击时的显微组织特征

本文研克了Ti-6Al-4V在速度达340米/秒的球形弹丸的冲击下所引起微观组织的破坏。在一定条件下,弹坑下面的金属有着急剧的变形区,这些变形区被认为是绝热剪切带。通过对不同密度、不同大小的弹丸以及不同冲击速度的试验研究,证实了林料萌生剪切带时有一个平均应变的临界值。本文还报道了由测量靶板弹坑尺寸而按算得到的一些动态硬度值。     

挤压态AZ31镁合金的预处理及恒应变速率下压缩超塑性研究

利用Gleeble1500热模拟试验机等试验设备,对挤压态AZ31镁合金进行预处理及高/恒应变速率下压缩超塑性研究。研究表明,挤压态镁合金在温度300℃,保温时间30 min为晶粒细化的较佳温度和保温时间,同时在300℃,应变速率为0.01～10 s-1的条件下进行压缩试验,外缘圆周伸长率均超过158.3%,压缩真应变达1.898以上,实现了高应变速率下的压缩超塑性。     

WSTi3515S钛合金超塑性拉伸变形行为的多尺度模拟

金属材料在塑性变形过程中存在多尺度效应,而多尺度建模仿真是研究多尺度效应的一种有效方法。基于动态再结晶热黏塑性本构理论,对WSTi3515S阻燃钛合金的拉伸变形行为进行仿真模拟,建立相应的多尺度模型,研究变形过程中材料的宏观力学响应和微观应力分布。结果表明:宏观拉伸模拟获得的应力-应变曲线与试验结果吻合;多晶集合模型体积单元,其整体响应与宏观试样微区的行为吻合较好;在变形过程中,应力-应变分布均从中心区向四周扩展,且在高温低应变速率下,应力-应变分布更均匀;随着应变增大,变形局部化由于应力的相互牵制而松弛,应力集中被有效缓解,使变形持续进行,从而获得较好的塑性。