大规格镁合金环形件新型挤压成形工艺及模具设计

针对传统工艺难以制备大规格镁合金薄壁环形件的情况,提出了一种曲母线通道连续翻转挤压成形新工艺。根据成形过程中的金属流动特性,为了避免坯料出现翘曲情况,制定了多次翻转成形工艺方案;采用主应力法对新型工艺进行力学解析;采用Deform有限元软件开展数值模拟,对成形力公式进行验证;通过正交实验,并基于变形均匀性评价因子,对成形工艺参数及模具结构参数进行优化。结果表明:考虑成形件的结构尺寸及新型工艺允许的单次变形量,确定坯料需要进行4次翻转挤压,推导出以内凹模锥度角α为自变量的扩径力公式及最大压力公式,并以α为20°、23°和25°为例,与Deform有限元模拟结果进行对比验证,误差在10%之内。最终得到新型挤压成形工艺参数为:挤压速度为1 mm·s^-1、内凹模锥度角为23°,并对所提出的新型挤压成形工艺进行了模具设计,为实现大规格镁合金薄壁环形件的短流程、低成本制造开辟了新的途径。     

基于挤压的剧烈塑性变形技术及发展

剧烈塑性变形(SPD)通过引入大应变量而具有强大的晶粒细化能力,可制备力学性能和使用性能优异的超细晶材料,因此表现出诱人的应用前景和发展潜力,其中基于挤压的剧烈塑性变形技术更引起国内外研究者的兴趣.本文综述了基于挤压的剧烈塑性变形技术和发展趋势,根据变形模式和特点将其主要方法进行了分类,并归纳总结为常规挤压式SPD、等...     

调控LPSO层片相Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的热变形行为及热塑性提升机制

以挤压态Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金为研究对象，通过热处理调控出晶内不含和含层片状LPSO相的两种合金，进行了热压缩试验。结果表明，含层片状LPSO相合金热塑性更好，主要是由于层片状LPSO相的扭折及其诱发的连续动态再结晶能有效提升合金的变形协调能力。随后，对含层片状LPSO相合金的热变形行为进行了深入研究，发现在低应变速率变形时，软化机制主要以不连续动态再结晶为主。在高应变速率变形时，动态回复和不连续动态再结晶共同作用，造成材料软化。结合应变0.8下的热加工图和典型区域微观组织分析，确定最佳成形温度为440～480℃,应变速率为0.001～0.01 s^-1。提出了一种通过调控层片状LPSO相提升稀土镁合金热塑性的方法，为挤压态稀土镁合金的后续变形提供了新思路。     

热处理对挤压AZ80镁合金杯形件组织和性能的影响

采用环形通道转角挤压工艺在350℃下制备AZ80镁合金杯形构件,并通过OM、SEM、拉伸试验等手段研究固溶、时效工艺对构件显微组织和力学性能的影响,确定与该新型挤压工艺相匹配的最佳热处理工艺参数。结果表明:成形过程中材料受强剪切应力作用,晶粒细化明显,杯形件壁部强度明显提升;残留共晶相引起应力集中导致伸长率降低;固溶处理有效促进脆性共晶相回溶,提升合金的伸长率;直接时效处理时,在共晶相周围聚集形成β-Mg17Al12析出带,降低合金的协调变形能力,导致时效强化效果不明显;通过固溶+时效处理,晶粒尺寸均匀,β-Mg17Al12相沿晶界均匀析出,合金的强度和塑性均得到明显提高。环形通道转角挤压成形的AZ80镁合金杯形件最佳热处理工艺参数为415℃×1.5 h固溶+175℃×36 h时效。     

纳米多晶铝压缩塑性力学行为分子动力学研究

目的 研究纳米多晶铝在不同温度与应变速率下的力学响应与塑性变形行为以及不同变形条件下的塑性力学行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶铝模型,利用LAMMPS软件在300~700 K温度以及1×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹ s^–1应变速率下完成了纳米多晶铝的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随温度的升高,晶界原子所占比例增大,纳米多晶铝的弹性模量逐渐下降,在压缩过程中总位错密度随温度的升高而增大。随着应变速率的增大,材料硬化速率增加,纳米多晶铝表现出更高的屈服强度。当应变速率较低时,位错大量存在于小晶粒之中,且中央大晶粒相较于初始位置旋转了20°。当应变速率达到1×10¹¹ s^–1时,材料的硬化速率极大提高,且在晶粒内部出现了孪晶。在塑性变形过程中,1/6<112>(不全位错)的数量最多,在位错运动中占主导地位。结论 温度升高导致材料弹性模量降低,这主要是由于高温提供了更多能量,晶界原子占比增加。应变速率会影响纳米多晶铝的塑性变形方式,应变速率的增大使其由晶粒旋转变形转变为孪生变形与位错湮灭机制,导致纳米多晶铝硬化速率与屈服强度提高。     

基于应变分布均匀性的镁合金内环筋壳体旋转挤压成形工艺优化

以AZ80镁合金内环筋壳体为研究对象,针对一种新型旋转挤压成形工艺,通过有限元数值模拟研究热力耦合条件下成形过程中应变分布规律,以及在轴向、径向多运动复杂应力状态下工艺参数对AZ80镁合金内环筋壳体金属流动及应变分布均匀性的影响,获取最佳工艺参数组合。建立基于累计分布概率的应变均匀性评价指标,设计正交试验,研究不同工艺参数对AZ80镁合金内环筋壳体应变分布均匀性的影响。结果表明:轴向速度和旋转速度为应变分布均匀性的显著影响因素;最佳旋转挤压工艺参数,挤压温度为380℃,下压速度为0.001 m/s,凹模转速为1 rad/s,径向挤压速度为0.01 m/s。模拟结果与实际成形尺寸匹配良好,成形后的AZ80镁合金内环筋壳体尺寸精度合格,环筋尺寸及质量满足要求。     

热等静压Ti-6Al-4V钛合金热变形微观组织演变研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在温度950~1050℃、应变速率0.01~1s_-1条件下进行了热模拟压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其显微组织的影响规律。结果表明：热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在950℃以上变形后淬火组织以粗大的β晶粒与针状及板条马氏体组成,具有典型的β相区变形组织特征。β转变组织形成交错的网篮结构并具有特定的取向关系。变形过程中,发生了动态再结晶,并伴随着动态回复现象。在950℃、0.01s_?1条件下,以动态再结晶占据主导,得到均匀等轴β转变组织。随应变速率增大,以动态回复为主,β晶粒沿金属流动方向拉长,β转变组织得到细化。随温度升高,β晶粒变粗大,并仍然存在拉长变形带。同时,β转变组织有一定程度的粗化。     

超高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形

面向新型装备对轻质构件的迫切需求，以实现新型高强铝合金尾翼架形性一体化控制成形为目标，设计了累积剧塑性变形制备尾翼架（大口径带外纵筋筒形件）工艺，用Deform-3D软件对成形过程进行模拟，分别以变形均匀性和成形精度为优化目标，优化工艺、模具结构参数。结果表明：当变形温度为440℃、挤压速度为1 mm/s时，构件变形均匀性最佳；凸模促流角为10°时，外纵筋填充最好；用循环镦挤和精确反挤压工艺成功制备尾翼架，外筋充填饱满，壁厚差≤1mm；热处理后构件抗拉强度达725 MPa，伸长率为15.3%，实现了尾翼架形性一体化控制。该工艺整体应变为2.52，大塑性变形诱发的晶粒细化和强化相的弥散析出是尾翼架获得强韧性的主要原因。     

热等静压Ti-6Al-4V钛合金热变形微观组织演变

采用Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在温度950～1050℃、应变速率0.01～1 s-1条件下进行了热模拟压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其显微组织的影响规律。结果表明:热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在950℃以上变形后淬火组织以粗大的声晶粒与针状及板条马氏体组成,具有典型的β相区变形组织特征。β转变组织形成交错的网篮结构并具有特定的取向关系。变形过程中,发生了动态再结晶,并伴随着动态回复现象。在950℃/0.01 s-1条件下,以动态再结晶占据主导,得到均匀等轴β转变组织。随应变速率增大,以动态回复为主,β晶粒沿金属流动方向拉长,β转变组织得到细化。随温度升高,β晶粒变粗大,并仍然存在拉长变形带。同时,β转变组织有一定程度的粗化。