Ti微合金化超高强度工程机械用钢研制

在实验室研制了不同Ti、Nb含量的热轧钢板,并对钢板进行了轧后冷却试验,研究了Ti、Nb微合化和热轧工艺对钢板组织和力学性能的影响。在实验室研究基础上,采用微合金化工艺路线,通过控轧控冷工艺,终轧后层流冷却工艺(卷取温度采用590℃),成功试制了700 MPa级工程机械用钢。结果显示,试验钢的屈服强度大于700 MPa,抗拉强度大于785MPa,并具有良好的冲击性能、成形性能。试验钢的组织为铁素体+少量珠光体+微量马氏体,同时,在铁素体的基体上存在大量纳米级的弥散析出或相间析出的(Nb,Ti)(C,N)析出相,有效提高了试验钢的强度。     

析出粒子对钛微合金化高强钢奥氏体晶粒长大的影响

通过析出粒子与奥氏体晶粒尺寸的定量关系,建立奥氏体晶粒长大模型,计算TiN和TiC析出粒子共同作用下钛微合金化钢奥氏体晶粒尺寸.根据析出相质点理论计算结果表明:随着加热温度的升高,析出粒子体积分数逐渐减少,粒子半径逐渐增大,TiC粒子强烈阻止奥氏体晶粒长大,TiN粒子对奥氏体晶粒长大钉扎效果一般.采用实验测试手段测量不同加热温度下保温30 min后实验钢的奥氏体晶粒尺寸,与理论计算结果吻合较好.      

低成本钛微合金化Q345B钢组织性能的研究

通过采用低锰（w(Mn)=0.6%~0.8%）钛微合金化（w(Ti)=0.045%~0.060%）的成分体系以及控轧控冷工艺,成功试制出低成本钛微合金化Q345B带钢。结果表明：不同厚度规格带钢的屈服强度为413~468 MPa,抗拉强度为571~595 MPa,伸长率为25.3%~27.9%,常温冲击功为105~134 J,冷弯性能合格,均满足国标要求。Ti的析出物有尺寸大小为50~100 nm的方形TiN粒子和尺寸小于10 nm的球形纳米TiC粒子,充分发挥了Ti的细晶强化和沉淀强化效果。     

GH1016合金热变形本构方程及临界变形条件

为了研究GH1016合金的高温热变形行为,利用Gleeble-3500热模拟试验机进行变形温度在1000～1150℃范围内,应变速率为0. 1～10 s-1,总压缩变形量为60%的热压缩试验,通过获得的真应力-真应变曲线研究了其变形行为。研究结果表明:真应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增加。在一定的变形温度下,随着应变速率的增加,峰值应力和峰值应变均增加;在一定的应变速率下,随变形温度的升高,峰值应力和峰值应变减小。根据真应力-真应变曲线中的峰值应变和峰值应力数据,利用数据拟合的方法分别求得了GH1016合金的热变形本构方程和临界变形条件方程。在本实验条件下,GH1016合金发生动态再结晶的热激活能为456. 55 k J·mol-1。     

径向锻造GH1016合金圆棒晶粒不均匀的改善方法

针对现场径向锻造直径为Φ235 mm的GH1016合金圆棒横截面组织不均匀的问题,提出了优化的径锻工艺,基于DEFORM-3D有限元软件平台,建立了仿真计算模型,得到各道次横截面温度和等效应变分布,结合GH1016合金动态再结晶状态图,分析了各道次横截面不同位置晶粒动态再结晶发生情况。结果表明:采用优化的径锻工艺进行锻造,坯料的心部和表面的最大温升分别为6和48℃;在锻造过程中第1、第2和第3道次晶粒主要发生加工硬化和部分动态再结晶,第4道次只发生部分动态再结晶,而第5道次只发生加工硬化。对GH1016合金现场取样检检金相结果显示,晶粒度级差为1级,心部平均晶粒尺寸为31μm。优化工艺解决了GH1016合金横截面组织不均的问题,可为其他大规格高温合金的径锻工艺制定提供参考。     

GH1016合金的动态再结晶行为

利用GLEEBLE-3500热模拟试验机完成了变形温度为1000～1150℃,应变速率为0. 1～10 s~(-1),变形量分别为20%、40%和60%的热压缩试验,获得了各试验条件下GH1016合金的真应力-真应变曲线,并利用数据拟合的手段求得了GH1016合金的临界变形条件方程。同时,得到了所有变形条件下的再结晶组织,分析了变形工艺对GH1016合金的动态再结晶过程的影响规律,最终获得了GH1016合金在试验条件下的动态再结晶状态图,可为生产现场的锻造工艺的合理制定提供理论参考依据,尤其适用于GH1016合金的精锻工艺的制定和优化。     

纯铜叠轧的刚塑性有限元模拟

采用大型有限元软件Deform-3D对纯铜双板同步和异步叠轧制备超细晶块材过程进行数值模拟,分析了板厚为0.8 mm和2 mm、压下量50%的叠轧过程中纯铜的应力应变场、温度场以及金属流动线速度分布.结果表明,在异步轧制时,应力场和金属流动线速度的非对称分布导致在变形区形成了一个搓轧区,使得异步叠轧比同步叠轧的轧制力低、应变量大和温度高,说明采用异步叠轧更有利于制备超细晶块材,为后续异步叠轧研究提供数据支持.     

6061铝合金超细晶制备及其组织性能的研究

采用等径角挤压和反复镦挤相结合的复合挤压技术,对6061铝合金进行挤压变形实验.观察了材料微观结构,测试了挤压过程中屈服强度、硬度的变化.结果表明:经四道次复合挤压后可以使6061铝合金的平均晶粒尺寸从35μm减小到350nm,显微硬度为70.6HV(X面)、55.5HV(Y面)、58.1HV(Z面),屈服强度为245MPa.且多道次变形不改变加工前后材料的块体形状.     

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。     

基于各向异性冷轧纯钛薄带的屈服行为研究

传统冷轧薄带理论中常将轧件假设为理想的各向同性材料,往往以RD-TD面内屈服应力进行轧制计算,而并未考虑薄带存在各向异性的问题。为此基于单轴拉伸试验和晶体粘塑性自洽模型(VPSC)开展了纯钛薄带的屈服行为研究,利用等塑性功和屈服准则构建了以RD拉伸屈服应力为参考的屈服轨迹,并通过冷轧过程模拟探究了各向屈服应力的差异对轧制变形区特征的影响规律。研究结果表明:基面双峰织构纯钛薄带的屈服应力依次为ND最大,TD次之,RD最小,而屈服应力的各向异性导致传统薄带轧制理论的计算结果与实际结果之间存在很大误差。为方便应用以RD拉伸屈服应力为参考,基于Hill48各向异性屈服准则对传统冷轧薄带理论中的Fleck轧制模型进行了修正,计算值与理论值吻合良好。