基于3D-FEM的大型钛环热辗扩过程微观组织演变仿真

基于ABAQUS/Explicit软件平台,采用弹性预估-塑性校正策略和隐式积分算法,将Ti-6Al-4V的微观组织演变模型和率相关温度相关各向同性硬化弹塑性本构模型写入子程序VUMAT,实现了微观组织演变与宏观热力行为的耦合模拟。利用Ti-6Al-4V圆柱体等温镦粗实验,对所开发子程序的可靠性进行了验证。将该子程序应用于大型钛环热辗扩过程的热力耦合3D-FE模拟中,研究了微观组织在成形过程中的演变特征及机理。研究发现,沿着成形环件的径向,中间层相对于表层具有较小的β晶粒尺寸和β体积分数。     

钛合金大型环件热辗扩成形应力-应变场演变规律的尺寸效应(英文)

基于可靠的钛合金大型环件热辗扩成形过程热力耦合三维有限元模型,研究并对比了不同尺寸环件的应力应变场演变规律。结果表明:对于不同尺寸环件的成形过程,当γ(整个成形过程的当量每转进给量分配比)减小时,成形结束时的Mises应力峰值可能从环件的驱动辊侧咬入点转移至芯辊侧咬入点,而等效塑性应变峰值有从环件外表面向内表面转移的可能性;当L(整个成形过程的当量变形区长度)增大时,成形结束时的Mises应力峰值可能出现在中间层。成形结束时Mises应力峰值和等效塑性应变峰值的位置是以上两方面综合作用的结果。在成形环件的变形区,环件表层金属处于三向压缩应力状态,中间层金属处于一向压缩、两向拉伸或者两向压缩、一向拉伸应力状态;整个环件处于一向压缩、两向拉伸应变状态。     

显式动力学有限元法分析板宽对板带轧制压力分布的影响

显式动力学有限元法是分析大型接触问题的有效方法 ,近年来在分析板料成形及碰撞冲击问题方面得到了广泛的应用。本文介绍了显式动力学有限元法的特点及在板带轧制过程分析中的研究状况 ,阐述了其基本理论 ,并采用显式动力学有限元法模拟了板带轧制过程 ,模拟计算出的变形区轧制压力分布与实验结果吻合较好。     

TC11钛合金叶轮等温锻造过程三维有限元模拟

设计了不同的TC11钛合金叶轮精密成形方案及模具装置,采用三维有限元程序DEFORM-3D对叶轮的等温成形过程进行数值模拟,研究了成形方案、模具结构和坯料形状等因素对成形过程中金属流动规律的影响,给出了不同压下量下锻件内部应力、应变分布情况及不同方案下载荷比较.研究结果表明:采用等温成形技术可整体精密成形出带径向扭曲叶片的叶轮类锻件;采用较细的圆柱形坯料成形可有效地提高金属充填模腔的能力并降低成形所需载荷.模拟结果与实验相符,可有效指导实际生产工艺的制定.     

热轧及热处理对Mg-Y-Nd合金组织的影响

考察热轧工艺及随后热处理对Mg-Y-Nd合金组织演变的影响。结果表明：低温(＜500℃)轧制时,大量稠密析出相的出现致使轧制性能极大地降低且组织难以细化;在固溶温度下轧制(525℃)时,晶粒极易粗化;当轧制温度略低于固溶温度时,轧制过程中会析出弥散的第二相粒子。这些粒子的存在没有恶化轧制性能且有效地钉扎晶界并抑制高温下再结晶晶粒的粗化。该合金的较佳轧制工艺如下：轧制温度为500℃、每道次轧制变形量为10%且总轧制变形量70%。热轧后,材料获得平均晶粒尺寸为30μm左右的组织,并产生较强的基面织构。固溶处理1h可有效地消除位错并维持细晶和基面织构。进一步增加固溶时间,晶粒发生粗化且织构变得分散。相比于均匀化态,经T6处理的热轧态Mg-Y-Nd合金的屈服强度提高176 MPa。     

TC4钛合金锻件锻造过程三维热力耦合有限元模拟

某钛合金零件是应用于航空工业的重要部件,在锻造过程中由于锻件头部变形较大,整体变形不均匀,如果模具尺寸设计不当,很容易引起锻造缺陷的产生.针对以上情况,本文建立了该钛合金锻件锻造过程的三维热力耦合有限元模型,利用刚粘塑性有限元法,对锻件的变形情况进行了数值模拟,得到了变形过程中锻件的充型情况以及温度场和应力场的场量分布,并对锻造缺陷的成因进行了分析.数值模拟与锻造试验吻合较好,为生产工艺的制定提供了有效的参考.     

5052铝合金板材热轧过程塑性变形及应力分布的三维热力耦合模拟

对5052铝合金板材热轧过程进行了三维热力耦合模拟,综合考虑热轧过程中轧制速度、变形温度、道次压下量和摩擦系数等因素对热轧过程中轧件变形区内塑性变形和应力分布的影响,建立了多参数的热力耦合热轧模型。结果表明,在轧件变形区内,因加工硬化与动态软化的综合作用,其流变应力呈典型的动态再结晶特征。在变形区内轧件表面因金属流动剧烈,其等效塑性应变和应变速率远远大于轧件心部,塑性变形显著。轧制速度是轧件温度场分布最重要的影响因素之一,轧制速度越大,轧件的温升就越高;而温度是影响等效应力大小的主要因素,温度升高和应变速率降低都使得流变应力降低。     

TA15钛合金的形变热处理

研究了形变热处理对TA15钛合金组织与力学性能的影响。在α＋β两相进行形变热处理使组织中的条状初生α相碎化。对水冷的试样进行930℃／1h／空冷＋915℃／1h／空冷＋530℃／6h／空冷的处理，抗拉强度明显提高，组织中的条状初生α相发生球化。在β相进行形变热处理使强度略有降低，魏氏组织中的α层片增厚。     

TA15钛合金的形变热处理

研究了形变热处理对TA15钛合金组织与力学性能的影响.在α β两相进行形变热处理使组织中的条状初生α相碎化.对水冷的试样进行930℃/1h/空冷 915℃/1h/空冷 530℃/6h/空冷的处理,抗拉强度明显提高,组织中的条状初生α相发生球化.在β相进行形变热处理使强度略有降低,魏氏组织中的α层片增厚.     

AM50镁合金多道次热轧中动态再结晶过程的有限元模拟及实验研究

通过开发用于组织模拟的用户程序,采用有限元软件DEFORM-3D模拟AM50镁合金多道次热轧过程中的组织转变,并通过与实验结果的对比分析证明该用户程序模拟多道次轧制的可行性。结果表明：多道次热轧有助于镁板的晶粒细化及均匀再结晶组织的获得,精轧前的板坯温度对终轧后的晶粒尺寸影响很大,但对晶粒尺寸的分布情况影响不明显。开发的用户程序亦可应用于其他类型多道次热变形过程的模拟研究。     

热压缩下CuW合金的力学性能及组织研究

考虑到高温下的应用,对WCu合金及钨骨架施加热压缩载荷,分析不同的温度及应变速率下的WCu合金组织及力学行为。分析结果表明：WCu合金的应力-应变行为主要取决于温度的变化,热压缩后组织内烧结颈大部分消失,WCu合金在300℃的热压缩下出现明显的塑性流,而在900℃下钨颗粒基本均匀分布。另外,高应变速率下钨骨架的强度有所减小,不同应变速率下的钨颗粒出现光滑的晶粒及开裂。     

热轧生产工艺对C70250合金力学性能和导电性能的影响

在模拟工业化生产条件下研究C70250合金的热轧、固溶及时效处理工艺,对比C70250合金板坯的热轧、热轧+时效、热轧+冷轧+时效后合金的力学性能与导电性能,同时研究空冷与水冷对材料力学性能的影响.结果表明:时效析出为C70250合金的主要强化手段,时效前的塑性加工能使合金强度提高4%～5%.XRD分析表明:C70250合金铸锭经热轧开坯,在575～725 ℃之间保温1 h,析出相以Ni_2Si为主;合金开轧与终轧温度应控制在(900±50)～725 ℃之间,热轧板冷却速度不小于2.5 ℃/s;固溶处理制度为(900±50) ℃、1～3 h;时效工艺为400～ 450 ℃、4～6 h,该工艺制备的C70250合金抗拉强度不小于644 MPa,电导率IACS为40%,伸长率为8%.     

大应变热轧过程中AZ31镁合金显微组织及织构的演变(英文)

在823 K下对工业用AZ31镁合金板材进行约70%压下量的单道次轧制实验。结果表明,细小的再结晶晶粒不仅分布在轧制板材的剪切带中,同时还存在于板材的表面。剪切带中再结晶晶粒尺寸在0.4~1μm之间。晶粒的显著细化主要来源于流变应力集中过程中所产生的动态再结晶。板材中部的织构为基面织构,织构强度在轧制变形前后未发生明显改变;然而,经过轧制后板材表面织构转变成双峰织构,基面沿板材横向发生倾转。双峰织构的相对强度为26.6,明显高于板材中部织构强度。变形应变的分配差异是板材内部不均匀再结晶及织构差异的主要原因。     

TA11钛合金叶片制坯过程三维热力耦合数值模拟

以UG为软件平台,采用三维特征设计方法实现叶片的快速建模,并采用有限元分析模拟软件DEFORM对叶片制坯成形工艺过程进行了热力耦合数值模拟研究.研究表明:在叶片成形过程中塑性变形功和摩擦功所带来的升温效应和坯料与模具之间的热传递所引起的冷却效应对温度场、等效应力场以及载荷-时间曲线的影响较大;以及不同压下速度对叶片制坯成形的影响也比较明显;通过模拟结果对比分析,进一步验证了TA11钛合金叶片制坯模拟过程分析的合理性和实用性.     

TC18钛合金变形本构关系及其热轧过程有限元仿真的应用

基于热模拟试验,构建TC18合金的Arrhenius型材料本构关系,并将其应用于TC18板坯多道次轧制工艺的有限元仿真,获得各道次轧制过程中的轧件温度场、等效应力-应变场、损伤场等分布情况以及载荷-轧制时间状态,进而为轧件尺寸预测以及轧机规格的选取提供指导。轧件每道次仿真所得尺寸与具体试验所得尺寸比较可知,宽展误差不超过0.7%,长度误差不超过4%。经四道次热轧试验后,在轧件边缘1 mm区域出现了裂纹,与仿真所得损伤场分布一致。上述验证表明仿真结果能够与热轧试验较好吻合。     

Interfacial structure and mechanical properties of hot roll bonded joints between titanium alloy and stainless steel using copper interlayer

Abstract

The hot roll bonding was carried out in vacuum condition between titanium alloy and stainless steel using copper interlayer. The stainless steel/Cu can not be bonded if the bonding temperature is lower than or equal to 730°C, and the Cu–Ti alloy can not be bonded if the bonding temperature is higher than or equal to 880°C. The testing results show that the total thickness of intermetallic layers at the interface between copper and titanium alloy increases with the bonding temperature, and the tensile strength of bonded joints decreases with increasing bonding temperature. The maximum strength of 343 MPa was obtained at the bonding temperature of 780°C, the reduction of 20% and the rolling speed of 38 mm s^–1.     

热轧变形对AZ40Mg合金晶粒细化与力学性能的影响(英文)

以热挤压材为坯料,经多道次热轧制备AZ40Mg合金板材。研究热轧变形对合金组织、力学性能与断裂行为的影响。结果表明:随着热轧道次的增加,通过动态再结晶,材料的组织均匀性得到逐步改善,晶粒尺寸持续细化。相应地,热轧板材的力学性能与挤压态坯料相比得到显著改善。经过5道次以上热轧制备的AZ40Mg合金板材,其平均晶粒尺寸细化到10μm以下,轧向及横向的室温拉伸屈服强度与伸长率均可分别达到175MPa和20%以上。     

考虑一道次动态再结晶的二道次热轧仿真

借助ANSYS/LS-DYNA显示有限元分析软件,在双道次热模拟实验的基础上,分别采用忽略一道次动态再结晶的材料模型,和考虑一道次动态再结晶的材料模型,对09CuPTiRE钢的二道次热轧过程进行了三维弹塑性有限元动态模拟。模拟结果表明,一道次动态再结晶,使二道次热轧的应力应变场发生了显著的变化,基于热模拟实验的二道次本构模型,能够正确反映一道次动态再结晶组织演化对二道次热轧变形的影响,基于该种材料模型的二道次热轧仿真模拟,具有较高的精度。     

两相区热轧对低碳合金钢板组织性能的影响

为了提高低碳合金钢板的强度,进行了终轧温度为710℃的(α+γ)两相区和γ单相区的热轧对比试验。结果表明:与终轧温度为800℃奥氏体单相区轧制的钢板相比,采用终轧温度为710℃的两相区热轧工艺所得到的钢板强度并没有增加;而且,(α+γ)两相区轧制条件下所得到的多边形铁素体组织具有二个特征,一是呈现仿晶界型铁素体形貌,二是部分铁素体晶粒沿轧制方向被拉长,一定程度上出现织构现象,但不十分明显。