AA6061铝合金铸坯平面压缩本构模型及组织演变

利用Gleeble-3500热力模拟实验机研究AA6061铝合金铸坯平面压缩变形行为,分析其流变应力和组织演变规律。结果表明:平面压缩过程中流变应力随着变形温度的升高和应变速率的减小而逐渐降低;低温和低应变速率下(573 K/0.01 s~(-1)),随着应变量增大,达到峰值应力后应力软化程度较大。同时,建立了描述AA6061铝合金铸坯平面压缩变形行为的双曲正弦型本构关系模型。大变形区的晶粒呈扁长的板条状,其晶界处有大量的第2相析出,晶粒的长径比随温度升高而减小,随应变速率增大而增大,小变形区晶粒组织形貌主要为椭圆形等轴状晶;高温下(723 K),部分第2相溶入晶粒内部,热变形组织演变机理主要为动态回复。     

环件辗扩成形过程微观组织及性能控制研究进展

高性能大型环件精确辗扩控形控性一体化制造是大型运载火箭仓体、风电法兰、核电反应堆及石油化工容器等高端装备向着安全、轻量、高效和长寿命方面发展的迫切需求。综述环件辗扩成形过程微观组织及性能研究现状,分析单、双道次简单热模拟压缩试验和显微组织演变数值模拟技术在环件辗扩过程组织演变研究中的应用,探讨环件组织与性能控制中存在的问题,并指出目前的研究已无法满足上述高性能环件制造要求。提出复杂多道次物理模拟及内变量组织建模用于环件辗扩组织演化分析的必要性,探明环件宏观/微观织构定量表征和晶体塑性有限元法(Crystal plasticity finite element method,CPFEM)揭示组织演变机理的可行性。阐述今后高性能环件辗扩成形组织演变及性能控制的研究方向与重点,未来必须构建辗扩过程环件组织、织构和力学性能之间及其与工艺参数的定量关系。     

基于铸辗复合成形的25Mn钢法兰热处理工艺的试验研究

以铸辗复合成形的25Mn钢法兰为研究对象,研究热处理工艺参数对25Mn钢法兰微观组织及力学性能的影响;通过扫描电镜观察分析,揭示25Mn钢法兰件经不同回火温度处理后拉伸与冲击断口的断裂机理。试验结果表明,辗扩后法兰件内存在残余应力,组织不均匀,拉伸与冲击断裂形式主要为准解理和脆性断裂。在220~660℃回火时,晶粒得到细化,组织均匀;低温回火后,断口形貌为河流状花样和撕裂棱,韧窝少而浅,断裂形式为剪切和解理断裂;且随着回火温度的升高,强度总体呈下降趋势;经620℃回火析出细粒状碳化物,塑性达到峰值,伸长率和断面收缩率分别约为29%和65.32%,此时韧窝密度大,深度变深,冲击吸收能量最大(约103 J),塑韧性最好。回火温度大于620℃,碳化物发生球化,塑韧性降低。为获得优良的综合力学性能,制定25Mn钢法兰的最佳热处理工艺为880℃淬火保温2 h,在10%NaCl水溶液中冷却后620℃回火10 h。     

改性高锰钢环锤的消失模铸造模拟

通过采用Procast软件对消失模铸造高锰钢环锤的充型及凝固过程进行了数值模拟,观察其缺陷产生的部位,并分析缺陷产生原因。以此为依据,对高锰钢环锤的生产过程进行优化,有效避免缩松、缩孔在其关键部位的形成。     

铝合金环形零件形/性一体化制造技术

铝合金环形零件作为关键连接、传动、回转和支承部件在重型运载火箭贮箱、风电设备的轴承套圈及齿轮环、压力容器和核反应堆的加强圈等重大装备制造领域应用非常广泛.铝合金环形零件的生产是一个高能耗的热加工过程,现有生产工艺主要有两种:(1)厚板轧制-弯卷-对半焊接成形,环件焊接部位缝组织为弱性能区,无法满足在重载、冲击、高低温和强腐蚀等极端恶劣条件下长期稳定服役时的要求;(2)圆铸锭坯-多向锻造制坯-马架扩孔或环件辗扩,工艺流程冗长,辗扩前开坯、锻造和冲孔工序设备资金投入巨大,多次加热导致能源消耗和材料浪费严重,不利于环境友好型生产.深空探测领域铝合金环件存在几何尺度大、形状精度高、结构刚度低和服役环境苛刻等技术挑战,目前已实现Φ3 m～Φ10 m级大型铝合金环件辗扩生产.环件辗扩过程中的传热-变形-组织演变耦合行为使得环坯经历了多场、多因素作用下多道次、连续局部加载与卸载、不均匀变形和微观组织复杂演变历程.为了实现铝合金环件的辗扩成形,一是要使环件自身整体刚性和辗扩过程稳定,即"控稳";二是要使环件直径扩大与截面充填协同进行,同步获得径-轴向尺寸、截面轮廓及几何精度,即"控形";三是要使成形环件达到所要求的内部组织状态和各向性能,即"控性".铝合金环形零件用环坯的制备是铝合金环件辗扩成形及其形/性一体化调控的基础,采用多向锻造变形技术可以有效细化大规格圆铸锭的粗大组织、破碎网状共晶化合物,实现组织改性,为后续辗扩过程提供优质环坯.通过开发铝合金环件双向辗扩智能建模仿真方法和基于力控的铝合金环件双向辗扩工艺路径智能仿真优化方法,解决了矩形/异形截面环件径-轴向变形区不协调、环件刚度弱及辗扩过程失稳等问题,实现了各轧辊运动的协调匹配和基于目标驱动的自动调控.利用辗扩成形后的形变强化和热处理时效析出强化改性技术,可以进一步提高环件强度和消除残余应力,使环件径向、轴向和周向均具有优良的性能.针对现有技术的不足,本文提出了环形零件短流程铸辗复合成形技术,将砂型铸造或离心铸造获得的环形铸坯加热后直接进行辗扩,在热辗扩过程中同时实现环形铸坯几何尺寸精度要求和组织与性能改善,揭示了基于织构演变的铸坯环件在热辗扩成形中的微观组织和性能控制机制,可为铝合金环件及铝基双金属层状复合环件的短流程形/性一体化制造提供理论指导.本文基于铝合金环形零件形/性一体化制造技术的研究现状,从铝合金环形零件用环坯的制备技术、铝合金环件辗扩成形技术和铝合金环件辗扩过程中组织与性能协同调控技术研究等方面做简要评述,着重阐述铝合金矩形/异形截面环件形/性一体化控制的技术挑战,提出铝合金环件制造技术的发展趋势及研究重点,以期推动铝合金环件/铝基双金属层状复合环件短流程制造过程中形/性一体化调控理论与技术的发展.     

基于铸辗复合成形的42CrMo钢稳态变形参数的确定

通过热压缩试验获得42CrMo钢铸坯的流变应力,以动态材料模型和Prasad's失稳准则为基础,建立不同变形量下42CrMo钢铸坯的功率耗散图、失稳图及加工图,分析其热变形过程并确定稳态变形参数。研究得出了变形失稳区在高应变速率(大于0.35 s^-1)时出现,且随应变速率的增加和变形量的增大,失稳区域变宽。变形温度850~1150 ℃、应变速率0.05~0.35 s^-1为稳态变形区域。功率耗散效率的峰值35%出现在1100 ℃/0.05 s^-1处,被认为是最佳变形工艺参数。     

环件铸辗复合成形工艺中毛坯尺寸的确定方法

毛坯尺寸设计作为大型环件径轴向辗扩工艺中的重要环节,直接影响着辗扩过程的稳定实现及工件的成形质量.本文对环件铸辗复合成形新工艺中毛坯尺寸的确定进行了研究,获得了辗扩比、毛坯内径分别与环件锻件内径的关系;结果表明：通过给定任一环件尺寸,该方法能快速而准确地获得辗扩比的值和毛坯内径的值,具有设计效率高、准确可靠的优点,在适用于大型特大型环件的生产方面优势明显;同时,本文的设计方法为环件铸辗复合成形新工艺中辗扩过程的稳定实现及辗扩工艺参数的优化设计提供了科学合理的依据.     

铸辗成形大口径25Mn钢环件微织构及力学性能

根据铸辗复合成形工艺对大口径25Mn钢环件进行离心铸造和热辗扩工业试验以及对其调质处理,运用金相显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射技术分析组织与织构,并采用拉伸与冲击试验等手段检测其力学性能。结果表明,辗扩件外形尺寸精确,组织相对均匀,个别区域伴有不规则晶粒;微观织构组态主要为沿着111//ND取向线分布的黄铜R织构{111}112和取向密度为6.0的高斯织构{110}001,力学性能较好,但塑性稍微偏低;揭示拉伸和冲击断裂机理为解理与韧窝共存形式。调质后回火析出弥散分布的细小碳化物颗粒,晶粒更加细小均匀,大角度晶界所占比例为3/4;揭示织构演化表现为高斯织构沿着?-取向线逐渐向旋转立方织构{110}110聚集转变,塑性性能得到明显提高,呈现典型的韧窝断裂。研究揭示通过离心铸造25Mn钢环坯直接热辗扩成形大口径环件是切实可行的,达到了环件成形/成性的双重目的。     

铸态42CrMo钢热变形及正火过程中微织构演化北大核心CSCD

在Gleeble-3500热力模拟机上对铸态42Cr Mo中碳低合金钢进行热压缩实验,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)以及电子背散射衍射(EBSD)技术分析热变形和880℃/2 h正火后的组织与微织构。实验结果表明:变形条件为1000℃/0.1 s-1时,在形变带和三叉晶界处新生再结晶晶粒,平均晶粒直径小;沿着<001>//ND分布旋转立方织构和立方织构;880℃/2 h正火过程中晶粒发生长大,晶粒内弥散分布碳化物颗粒,主要发生回复和静态再结晶,织构类型为立方织构和高斯织构。在1100℃/0.1 s-1条件下,晶粒尺寸较大,组织均匀,再结晶充分,大角度晶界占三分之二;织构组态为{001}<110>织构和沿着ξ-取向线的{110}<112>织构;正火后碳化物含量增加,珠光体片层间距减小,组织演变机制为高温回复与亚动态再结晶,织构类型表现为{110}<112>取向密度减小,旋转立方织构取向密度增大。