基于机器视觉的钛合金焊接过程非平衡凝固组织性能智能控制

信息技术的发展使制造业逐步向“智造”转变。人工智能技术已成为精密铸造、焊接和增材制造等制造工艺由控形走向控性的共性关键技术。在这些工艺中非平衡凝固组织性能调控机理是限制其发展的基础科学问题。基于先进的人工智能技术发展控形控性一体化技术、构建完善的工艺质量体系对推动铸造、焊接、增材制造等制造工艺迈上新的台阶至关重要。与传统的物理冶金和铸造相比,增材制造、焊接、激光熔覆修复、单晶生长等过程的核心理念是“控制微区冶金过程”,即通过控制温度梯度、凝固速率、熔池尺度等关键工艺参量的作用机制,从微观上揭示非平衡条件下固液两相区组织结构和形貌演化规律,特别是合金元素的偏聚行为,界面的传热和传质特性、形核与长大、柱状晶-等轴晶转变、枝晶的竞争生长等。集成计算和实验方法的结合将为智能制造、增材智造和太空智造中先进金属材料的成分-工艺-组织-性能调控提供共性技术和理论支撑。本文以典型的焊接中非平衡凝固组织性能调控为研究方向,对近年来基于视觉传感的焊接调控技术取得的研究成果和进展进行了梳理。归纳了面向复杂工业环境的智能焊接关键技术、先进应用和技术挑战等,展示了基于数字孪生车间的钛合金焊接视觉学习结果。     

材料参数对20L近半球形金属隔膜翻转性能的影响

基于弹塑性非线性有限元理论,建立了渐变壁厚金属隔膜翻转变形的有限元模型。依据该模型,针对20L近半球形金属隔膜设计正交试验,以隔膜变形后的最大厚度差Δtm和变形过程中的最大偏转角βm两个指标评价隔膜的翻转能力,系统地研究了弹性模量、硬化指数和屈服强度等参数对其翻转性能的影响。研究结果表明,当弹性模量大于55GPa、屈服强度小于220MPa、硬化指数小于0.12时,20L金属隔膜能够实现稳定翻转;屈服强度是影响20L近半球形隔膜翻转能力最显著的因素,硬化指数与弹性模量次之。     

深过冷凝固Co80Pd20合金中的枝晶生长

采用玻璃熔体净化与循环过热相结合的深过冷凝固技术实现了Co80Pd20合金的深过冷,获得了高达415 K的最大过冷度.采用OM观察了不同过冷度下凝固合金的微观组织,分析了枝晶形成的过冷度区间及过冷度对枝晶形貌的影响.运用BCT模型对深过冷凝固Co80Pd20中的枝晶生长进行了理论分析,获得了深过冷凝固过程中的枝晶生长速...     

超高强钛合金研究进展

随着新一代航空航天飞行器向着高速化、大型化、结构复杂化以及提高燃油效率等方向的跨越式发展,要求钛合金结构材料具有高比强度、高比模量、高韧性、高损伤容限、低成本以及可焊接等优良的综合性能匹配。此外,航天、兵器、船舶等武器装备各框梁类承力构件、承力螺栓等紧固件、高强度弹簧等弹性元件、航母弹射器与装甲等均对高强度钛合金、超高强度钛合金提出了明确需求。因此,超高强度钛合金成为了新一代武器装备发展的关键支撑材料之一,是钛合金开发和应用研究的重点方向,更是各国政府关注和重点发展的新型军用先进材料。介绍了国内外主要超高强度钛合金(TB8,TB-13,Ti-B19,Ti-B20,GUM,β21S和Timetal-LCB等)的发展和应用情况,指出了超高强度钛合金存在强度不断提高的同时,塑性、韧性、模量、疲劳性能以及损伤容限性能不同程度地降低,同时缺乏对合金化机制、强韧化理论和方法等基础问题的深入系统研究。最后提出了超高强度钛合金的发展方向。     

热处理对WSTi3515S合金组织和性能的影响

对WSTi3515S合金不同热处理和热暴露条件下的组织和力学性能进行了研究,结果表明,850℃以下热处理工艺对合金的组织和室温力学性能几乎没有影响,950℃热处理后虽然合金组织形态发生明显变化,但室温力学性能没有明显变化,表明WSTi3515S合金具有良好的组织和性能稳定性。不同热处理试样经过570℃热暴露后,合金强度升高,延伸率显著下降,热暴露过程中,析出的第二相很少,并且大都产生在晶界,这些晶界析出物是合金热暴露塑性显著降低的主要原因。     

Internal-Atate-Variable Based Constitutive Modeling for Near β Ti-7Mo-3Al-3Nb-3Cr Alloy during Hot Deformation Process

针对近β钛合金提出了一种以位错密度变化率作为内变量的热变形本构模型,该模型同时考虑了溶质元素的固溶强化作用和位错之间的交互作用对流变应力的影响。将该模型应用于一种新型近β钛合金Ti-7Mo-3Al-3Nb-3Cr (Ti-7333),并采用基于目标优化的遗传算法定量确定了Ti-7333合金的本构模型参数。模型计算的结果表明,利用该热变形本构模型计算出的流变应力与实验数据间的平均相对误差为7.2%,采用基于位错密度变化率的近β钛合金本构模型能够有效地表征Ti-7333合金的流变行为     

TiAl基金属间化合物的研究现状与发展趋势

系统地总结了TiAl基金属间化合物结构材料的研究现状、存在的问题以及在航空航天等领域的应用情况。对TiAl基金属间化合物的组织控制与性能研究、冶金熔炼、成形加工等进行了归纳,结合TiAl基金属间化合物材料与应用研究取得的新进展,预测了TiAl基金属间化合物轻质结构材料在今后一段时期的发展趋势。     

时效工艺对Ti-10V-2Fe-3Al合金显微组织和力学性能的影响

研究单重时效、低温-高温双重时效、时效加热速度等工艺对Ti-10V-2Fe-3Al合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:经过高温变形后的合金,在双重时效处理过程中,先析出的ω相为α相的沉淀析出提供均匀的形核点,使合金获得比单重时效处理更加均匀细小的α+β显微组织,获得更好的强韧化匹配;合金在以较低的升温速度(0.1℃/s)加热过程中,细小弥散分布的等温ω相有充足的时间析出,从而为后续α相的析出提供有利的形核位置,产生细小盘状α相,获得与双重时效相同的强韧化匹配效果.     

金属玻璃剪切带中应力诱导的纳米缺陷形成

以非晶锆基金属玻璃薄带制备透射电子显微镜样品,并利用透射电镜找到在弯曲样品过程中产生的剪切带.高分辨透射电镜技术揭示在剪切带中存在着纳米级的空洞类和高密度区域缺陷.这些缺陷被认为是在机械负载和外应力移除过程中应力激发的自由体积演化而成的,其演化过程可以通过和在相同的金属玻璃样品上的热退火过程作类比来定性地理解.     

锆基金属玻璃中离子减薄诱导的微结构变化

用电化学双喷、凹坑法和离子减薄制备了4组Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5金属玻璃的透射电子显微镜样品。透射电镜观测表明,电子透明区域的微结构随采用的离子减薄条件变化敏感。通过对比选区电子衍射花样和相同成分样品等温退火的X衍射花样发现,在一些严重依赖于离子减薄制备的电镜样品中存在显著的加热效应,导致在离子减薄区域形成了不同的有序结构。在那些特意使用长时间减薄的样品中,可达到约780 K的局域峰值温度,远远超过了该成分的玻璃转变温度。这个结果表明,在用离子减薄获得非晶合金的电镜样品时,必须注意减薄过程所诱导的潜在的微结构变化,以避免得到错误的判断