感应加热异温轧制制备钢/铝复合板

采取感应加热的方法异温轧制制备钢/铝复合板,整个过程处于一种Ar气保护氛围,研究了钢/铝复合板的结合性能和微观组织,并与冷轧工艺进行对比,分析了异温轧制工艺对结合性能的影响。结果表明:异温轧制的复合板由于钢层加热温度高于钢的动态再结晶温度,轧后碳钢组织出现等轴晶粒,发生了动态回复和再结晶,并且在钢侧近界面处产生一层平均晶粒尺寸约为5μm的等轴细晶区,相比于冷轧复合板,大大降低了复合板的加工硬化现象。异温轧制的钢/铝复合板微观界面贴合紧密,无孔洞和间隙,跨界面的Al和Fe元素扩散宽度达到2.4μm,复合板达到了良好的冶金结合状态,并且近界面的细晶区改善了板材性能,使得异温轧制复合板的剪切强度远高于冷轧板,在45%压下率下达到了85 MPa,是同等压下率冷轧复合板剪切强度(12 MPa)的7倍,冷轧板断裂发生在钢/铝结合面处,为脆性断裂,而异温轧制的复合板断裂发生在铝合金基体,剪切断面存在大量韧窝,呈现塑性断裂特征。     

钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能

利用真空热轧复合方法制备了钒中间层钛/钢复合板,采用SEM、EDS和XRD等分析结合界面形貌、元素扩散行为和界面相组成。结果表明:钒中间层钛/钢复合板界面实现了良好的冶金结合。与拉剪强度测试相结合,研究了钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能。结果表明:钒中间层钛/钢复合板剪切强度均优于国家标准(140 MPa)。950℃轧制的复合板界面扩散层厚度大于900℃轧制的复合板扩散层厚度。钒中间层与Ti、Fe元素形成固溶体,有效阻止了金属间化合物TiFe和TiFe_2的产生。900℃轧制的钛钢复合板剪切强度为223 MPa,大于950℃轧制的复合板剪切强度。对剪切断口的分析表明裂纹多沿钒铁固溶体产生并扩展。     

热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响

研究了热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响。测试了在A，B，C，D4种温度下热轧复合板界面的力学性能，用金相显微镜及扫描电镜观察了界面显微组织并分析了界面的成分。结果表明，在A，B2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能良好，延伸率高，其剪切强度不但可保持坯料原有的水平，甚至还略有增加。在C，D2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能相对较低，延伸率较高，但剪切强度要比爆炸复合坯料低，尤其是D加热温度，轧制后界面剪切强度急剧下降。热轧的终轧温度也是影响钛-钢复合板界面结合性能的重要因素。在低于相转变温度的合适温区热轧，且终轧温度合适，获得的钛-钢复合板结合界面无爆炸波纹，没有污染，生产的脆性化合物极细小，组织类同于钛材完全退火的等轴组织。     

钛/钢爆炸复合板界面波幅比与剪切强度关系研究

针对在不同爆炸复合工艺条件下生产的钛/钢复合板,通过在显微镜下观察其结合界面形态,测量其结合界面的波幅和波长,进行了波幅比的计算;同时,将界面波幅比与剪切强度进行分析对比,从而找出特定规格的钛/钢复合板界面波幅比与界面剪切强度的对应关系,为生产中钛/钢复合工艺优化提供参考依据.     

累积叠轧Nb/Zr层状复合板的微观组织与力学性能研究

采用累积叠轧法制备了初始Zr层厚度不同的两种Nb/Zr金属层状复合板并对其在叠轧过程中的微观结构、织构演化和力学性能进行了研究。结果显示, Nb/Zr层状复合材料的界面结合良好,异质界面处无金属间化合物产生。随着叠轧道次增加,层状复合结构内部形成了贯穿于多个金属层的剪切带组织,初始Zr层厚度为1 mm的复合板较Zr层厚度为2 mm的复合板易于发生Zr层的颈缩、断裂和分离。Nb层内主要为位错胞状结构, Zr层内为高位错密度晶粒与动态回复晶粒的混合组织。此外,不同初始Zr层厚度的复合板中Nb层的织构演化特征不同：当初始Zr层厚度为1 mm时,Nb表现为强立方取向;当初始Zr层厚度为2 mm时,随着叠轧道次增加,旋转立方取向始终为主导的织构组分。两种复合板中Zr层的织构演化特征一致,即经一道次叠轧后,{0001}基面双峰织构为主要织构组分。随着叠轧道次增加,基面双峰织构略有减弱,同时出现了较弱的{11-20}丝织构。单轴拉伸测试表明,随着叠轧道次增加两种不同Zr层厚度的复合板屈服强度和抗拉强度均逐渐增大,而塑性延伸率呈现先减小后增大的趋势。经三道次叠轧后两种复合板的最大延伸率分别为14.2%和16.5%。叠轧过程中各金属显著的晶粒细化、Zr层内高位错密度晶粒与动态回复晶粒共存的混合组织以及Zr织构的特征演化是贡献于复合板具有高强度和良好塑性的原因。     

钛/钢爆炸复合板界面连接机理与力学行为

本文表征了钛/钢爆炸焊接复合板的界面组织和剪切性能,研究爆炸复合过程的界面结合机理。结果表明,在金属板之间形成了波状界面组织,剧烈塑性变形造成钢基体发生明显的塑性流动,并在界面形成连续的漩涡形貌。TEM和XRD检测证实界面存在纳米尺度的过渡层,并包含有固溶体组织和少量金属间化合物。波状界面组织改善了复合板沿爆炸方向的界面剪切强度,剪切断口显示漩涡组织发生韧性断裂形貌。     

钛/钢爆炸复合板界面连接机理与力学行为（英文）

表征了钛/钢爆炸焊接复合板的界面组织和剪切性能,研究了爆炸复合过程的界面结合机理。结果表明,在金属板之间形成了波状界面组织,剧烈塑性变形造成钢基体发生明显的塑性流动,并在界面形成连续的漩涡特征。TEM和XRD检测证实界面存在纳米尺度的过渡层,并包含有固溶体组织和少量金属间化合物。波状界面组织改善了复合板沿爆炸方向的界面剪切强度,剪切断口显示漩涡组织发生韧性断裂特征。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸试验和弯曲变形试验。结果表明:复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

Influence of Asymmetric Rolling Parameters on the Microstructure and Mechanical Properties of Titanium Explosive Clad Plate

对钛钢爆炸复合板进行轧制处理,可以得到较薄较宽的复合板。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉剪实验研究了不同的轧制参数对钛-钢爆炸轧制复合板界面组织特征和性能的影响。结果表明:降低轧前热处理温度或开轧温度,都会提高复合板的界面结合强度。在轧前热处理过程中,由于铁、碳元素的扩散,在界面上形成Ti C和Ti-Fe金属间化合物,使复合板剪切强度下降。然而,在轧制的过程中,这些界面化合物在轧制压力的作用下被压碎,呈弥散分布,阻止界面裂纹的扩展,界面结合强度有所提高,因此,增加轧制压下量可以提高界面的结合性能。     

钛/铝/钛三层板的一次爆炸复合制备及界面结合性能评价

为评价一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板的界面结合性能,利用SEM、EDS对钛/铝/钛复合板的双层界面组织形貌以及界面元素分布进行了表征;对钛/铝/钛三层复合板进行了拉伸实验和弯曲变形实验。研究结果表明：复合板界面主要由波状界面和平直状界面构成;铝元素与钛元素在界面上发生了互扩散;拉伸和弯曲变形结果表明,一次爆炸复合工艺制备的钛/铝/钛三层复合板具有较大的抗拉强度和优良的界面结合性能,可以承受后续较大的二次塑性变形。     

滚切剪剪切力影响因素的分析及有限元模拟

对滚切剪剪切原理进行了分析,得到了影响剪切力的5个主要因素,即钢板厚度、切入深度比、剪切速度、剪切角、剪刃间隙.借助于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,获得了5个因素与剪切力的关系.这能为滚切剪的设计提供理论依据.     

机场压实填土抗剪强度的试验研究

采用原位直剪试验、室内中型直剪试验等测试手段,运用优定斜率法等数理统计方法,对机场高填方压实土的强度特性进行了分类研究,为场区设计方案的优化、稳定性评价与治理,提供了参数。该试验成果可供类似工程借鉴、参考。     

滚筒式飞剪机的剪切性能理论分析及有限元模拟

本文对现有的飞剪剪切力计算公式进行了归纳总结和理论分析,采用有限元法对滚筒式飞剪的剪切过程进行有限元数值模拟,并与理论计算结果进行对比与分析,结果表明剪切力的大小与钢板的厚度、宽度、速度和材料的强度极限有密切关系:钢板厚度每增加0.5 mm,剪切力增加25.2％;钢板宽度每增加150 mm,剪切力增加约12％;钢板运行速度每增加40 m/min,剪切力增加1.7％;板带材料强度极限越高,所需剪切力越大.     

四连杆曲柄式飞剪剪切力分析

在飞剪剪切过程中,剪切轧件所需的剪切功由传动系统释放的动能和电机做功提供。基于能量守恒定律,建立四连杆曲柄式飞剪机剪切力计算模型。通过与理论计算模型比较,剪切力的计算误差较小,证明该模型的有效性。借助本文给出的剪切力计算模型,对评估飞剪的工作状态、新产品开发有一定的参考价值。     

Mechanical strength test method for solder ball joint in BGA package

Ball shear tests were investigated in terms of effects of test parameters, i.e. shear height and shear speed, with an experimental and non-linear finite element analysis in order to evaluate the solder joint integrity of area array packages. The substrate was a common SMD type with solder bond pad openings of 460 μm in diameter. Microstructural investigations were carried out using SEM, and the IMCs were identified with EDS. It was observed that increasing shear height, at fixed shear speed, results in decreasing shear force, while the shear force increased with increasing shear speed at fixed shear height. Excessive shear height could cause some detrimental effects on the test results such as unexpected high standard deviation values or shear tip sliding from the solder ball surface. Low shear height conditions are favorable for screening the type of brittle interfacial fractures or degraded layers in the interfaces.     

Quantitative calculation of local shear deformation in adiabatic shear band for Ti-6Al-4V

JOHNSON-COOK（J-C） model was used to calculate flow shear stress-shear strain curve for Ti-6Al-4V in dynamic torsion test. The predicted curve was compared with experimental result. Gradient-dependent plasticity（GDP） was introduced into J-C model and GDP was involved in the measured flow shear stress-shear strain curve, respectively, to calculate the distribution of local total shear deformation（LTSD） in adiabatic shear band（ASB）. The predicted LTSDs at different flow shear stresses were compared with experimental measurements. J-C model can well predict the flow shear stress-shear strain curve in strain-hardening stage and in strain-softening stage where flow shear stress slowly decreases. Beyond the occurrence of ASB, with a decrease of flow shear stress, the increase of local plastic shear deformation in ASB is faster than the decrease of elastic shear deformation, leading to more and more apparent shear localization. According to the measured flow shear stress-shear strain curve and GDP, the calculated LTSDs in ASB are lower than experimental results. At earlier stage of ASB, though J-C model overestimates the flow shear stress at the same shear strain, the model can reasonably assess the LTSDs in ASB. According to the measured flow shear stress-shear strain curve and GDP, the calculated local plastic shear strains in ASB agree with experimental results except for the vicinity of shear fracture surface. In the strain-softening stage where flow shear stress sharply decreases, J-C model cannot be used. When flow shear stress decreases to a certain value, shear fracture takes place so that GDP cannot be used.     

Calculation of temperature distribution in adiabatic shear band based on gradient-dependent plasticity

A method for calculation of temperature distribution in adiabatic shear band is proposed in terms of gradient-dependent plasticity where the characteristic length describes the interactions and interplaying among microstructures. First, the increment of the plastic shear strain distribution in adiabatic shear band is obtained based on gradient-dependent plasticity. Then, the plastic work distribution is derived according to the current flow shear stress and the obtained increment of plastic shear strain distribution. In the light of the well-known assumption that 90% of plastic work is converted into the heat resulting in increase in temperature in adiabatic shear band, the increment of the temperature distribution is presented. Next, the average temperature increment in the shear band is calculated to compute the change in flow shear stress due to the thermal softening effect. After the actual flow shear stress considering the thermal softening effect is obtained according to the Johnson-Cook constitutive relation, the increment of the plastic shear strain distribution, the plastic work and the temperature in the next time step are recalculated until the total time is consumed. Summing the temperature distribution leads to rise in the total temperature distribution. The present calculated maximum temperature in adiabatic shear band in titanium agrees with the experimental observations. Moreover, the temperature profiles for different flow shear stresses are qualitatively consistent with experimental and numerical results. Effects of some related parameters on the temperature distribution are also predicted.     

圆盘剪主轴刚度分析及结构优化

中厚板圆盘剪剪切能力的不足严重制约了钢铁企业的中厚板精整的能力和质量。通过对剪切主轴进行受力分析,发现主轴和剪刃的刚度不足是制约剪切能力提高的主要因素。为此,建立了主轴系变形的简支梁计算模型,提出了把主轴剪切端的双列调心滚子轴承改为双列圆锥滚子轴承、减少剪刃的悬伸量,并在不改变主轴箱体尺寸的前提下适当增加轴径的解决方案。采用有限元计算模型对该方法进行了验证,实例分析显示,在剪切Q235厚30mm钢板时,优化后的主轴系剪刃间隙和重合度变化量只有优化前的约1/5和1/2,轴承的承载能力也完全满足需要。此方法在某钢厂中厚板圆盘剪改进中得到应用并取得很好效果,为同类圆盘剪的改进提供了理论基础和新的思路。     

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 对现有的剪断销剪切试验用重型单剪装置存在的问题进行了系统分析,提出了对该重型单剪装置结构优化的具体方案和实施办法。经分析计算证明,所提出的方案合理,该套装置应用于大型水电机组剪断销的剪切实验上能够产生预期的效果。     

新一代液压滚切剪技术的研究及应用

为提高中厚板的剪切质量,降低设备成本,提出了一种PR-8R-PR杆系的剪切机构,该机构将左右两台液压缸与机架铰接,液压缸推动连杆,使其带动机架运动,完成剪切。控制系统采用带检测反馈的双闭环控制,精度高,稳定性好。剪切后切口断面毛刺≤0.5mm,断面垂直度90°±1°,钢板边部瓢曲度≤0.15mm/m。