化学元素在钛铝异种合金焊接增材中的作用研究进展

通过焊接和增材制造制备的钛/铝异种合金界面会产生一定厚度的脆性金属间化合物层,直接影响了焊接接头的最终力学性能.因此,对金属间化合物层的控制是制造钛/铝复合材料的关键所在.在实际生产中,脆性金属间化合物除了钛铝化合物之外,还包括了很多其它的化学元素组成的复杂化合物.这些化学元素或者来自于钛合金或铝合金的内部,或者来自于外部填料.本文综述了在焊接增材制造过程中一些常见化学元素对钛/铝异种合金界面反应层的影响和作用机理,并且总结了各种化学元素提升钛/铝合金焊接接头力学性能的规律性,还重点讨论了氧元素和温度的特殊作用,以期为钛/铝异种合金的结构优化及其力学性能的提高提供指导.     

多道多层堆焊成形数值模拟及残余应力研究

本文利用Marc有限元软件对高温合金的多道多层堆焊过程进行了数值模拟,讨论了堆焊厚度和堆焊路径对焊后残余应力的影响。结果表明,堆焊厚度的增加会导致横向残余应力峰值增大,并使堆焊层局部应力的方向改变,从而受到多向应力作用,因此堆焊层在满足使用要求的前提下,堆焊厚度不易过大。同时,由于受到前后焊缝温度的影响,堆焊层间存在应力释放的现象。另外,对比了“逐道堆焊”和“逐层堆焊”过程中焊后残余应力分布情况。“逐层堆焊”相比于“逐道堆焊”所产生的残余应力分布更加均匀,且残余应力峰值更小。     

汽车手刹固定板成形工艺数值模拟研究

对汽车手刹固定板进行了工艺性分析,确定了合理的工艺流程,再根据覆盖件结构特点,兼顾型面设计的各种原则,在计算机辅助软件中对手刹固定板进行合理的工艺补充设计,合理设置冲压方向、压料面、拉伸筋,为后续工序的顺利进行奠定基础。在AutoForm软件中进行具体的操作流程:数据导入、材料性能设置、工序规划设置、工具体设置、工艺参数初值设定等,设置完毕后软件随即开始模拟计算,得到模拟结果。成形极限图、成形性云图、减薄率云图等图示直观表明:工艺参数初值仍有修正优化的空间。为了研究摩擦系数、压边力等工艺参数对成形效果的影响,采用控制变量法,分别研究单一参数对成形结果的影响。由此,分析各工艺参数对冲压过程的具体作用原理和影响规律,得到各工艺参数的合理取值范围。     

基于材料参数演化修正Arrhenius模型与BP-ANN模型的近 β Ti-55511合金等温压缩过程流动应力预测

为了研究Ti-55511合金在近β区域的热流动行为,在温度973–1223 K、应变速率0.001–1 s^-1条件下,利用Gleeble.3500热模拟试验机进行了等温压缩试验。对实验获得的流动应力曲线进行了修正,降低了摩擦与绝热温升等因素对流动应力的影响。采用考虑材料参数演化的修正Arrhenius模型和反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型对钛合金热变形过程中的流动应力进行预测,并通过统计分析对预测模型精度进行了评估。将2种预测模型扩展的应力、应变数据植入有限元,模拟了热压缩实验过程。结果表明,Ti-55511合金的流变应力与应变速率呈正相关,与温度呈负相关,合金软化机制主要为再结晶。修正后的Arrhenius模型和BP-ANN模型都能描述流体的流动行为,BP-ANN模型在α+β区域的拟合精度高于修正后的Arrhenius模型,而在β区域的拟合精度低于修正后的Arrhenius模型。     

电弧熔丝增材制造钛/铝复合材料的组织与性能

通过基于冷金属转移的电弧熔丝增材制造技术制备了铝/钛复合材料. 观察到钛/铝结合界面存在元素扩散,形成一定厚度的中间反应层,表明界面结合良好. 同时,通过硬度测试得到界面附近的硬度介于钛侧与铝侧之间,这主要是由于元素扩散导致界面附近生成了硬脆金属间化合物. 考虑到不同的复合比会导致不同力学性能,通过拉伸试验,研究了复合比对带缺口的钛/铝复合材料拉伸力学性能的影响规律. 结果表明,在持续拉伸载荷作用下,钛/铝复合材料的两组成层之间相互影响. 随着复合比的增加,抗拉强度和屈服强度增加,断后伸长率由于受钛铝之间冶金反应的影响较大,当钛/铝试样具有较低复合比时,其断后伸长率甚至小于单一沉积铝,随后才随着复合比的增加而增大. 另外,运用ABAQUS补充了多组复合比下钛/铝复合材料的拉伸过程,得到了复合比与屈服强度和抗拉强度的关系式.     

热锻模具结构参数与模具应力关系的数值模拟

为降低深型槽锻模型槽底部过渡圆角处的开裂风险,为锻模结构设计提供指导,通过所设计的模具探究了结构参数(型槽底部过渡圆角半径R、毛边槽桥部单边高度h、入口圆角半径r以及拔模斜度α)对模具应力(模具的最大主应力)的影响。采用单因素变量法,设计了4组模拟实验,共计24次有限元模拟,并通过对比成形载荷的模拟结果和已有研究预测结果来验证模拟的正确性。模拟结果表明：σ_max(模具应力最大值)随着R的增大而减小,且二者呈现出较好的线性关系,即R增大1 mm,σ_max下降约40 MPa;模具整体应力水平随着h的增大而迅速减小,但减小程度逐渐降低;r在1～7 mm变化时对模具应力的影响较小;α对模具应力的影响机理较为复杂,但总体而言,增大α会导致模具应力轻微上升。     

热锻模具电弧增材再制造技术研究进展

热锻模具是制造业中的基础工艺装备,是大规模生产的基础.由于其复杂的工作环境,热锻模具内部易产生疲劳裂纹、磨损、塑性变形等失效.将电弧增材技术引入热锻模具修复与再制造可提高模具基体材料的利用率,降低制造成本,提高锻造生产连续性.本文总结了热锻模具的主要失效形式及成因,并通过对现有修复技术比较,得出了电弧增材技术的适用性范围.分析了焊材、工序及工艺因素等对热锻模具再制造质量的影响,结合该技术已取得的进展及面临的技术瓶颈,对热锻模具电弧增材再制造技术的未来研究方向进行了展望:如研究热锻模具再制造专用焊材、匹配低热输入量增材制造工艺、建立电弧增材制造多金属层热锻模具剩余服役寿命预测模型、研发增减材净成形修复设备等.     

电弧熔丝增材制造镍基合金性能与流动应力模型

选用了一种镍基合金焊材(CHN327)用于新型"拳头式"锻模表面层的电弧熔丝增材制造,对模具镍基表层的显微组织、力学性能及该种镍基合金的中温流变行为进行了研究。对试样进行了10次以2℃/s的加热速度加热至700℃后淬火的处理,模拟了模具服役中的温度循环,并对加热和水淬前后的显微组织变化进行了表征。采用WDW-100万能试验机在温度600～700℃和应变速率0.001～0.1 s~(-1)范围内对镍基表层试样进行了单向中温拉伸试验,研究变形温度和应变速率对CHN327合金流变应力的影响,建立了镍基合金CHN327流变应力与变形条件之间关系的数学模型。结果表明:经加热-淬火温度循坏后,"拳头式"锻模镍基表面层γ″-Ni_3Nb相含量增加,镍基表面层与铁基层的结合强度提高;镍基合金CHN327满足正应变速率敏感材料特性,基于Arrhenius模型拟合出的模型参数能较好地预测合金中温变形中的流动应力。