2618铝合金的热变形和加工图

在Gleeble-1500D热模拟仪上进行热压缩实验,研究了变形温度为573～773 K、应变速率为0.01～10s-1时2618铝合金的热变形行为.热变形过程中的稳态流变应力可用双曲正弦本构关系式来描述,平均激活能为181 kJ/mol,大于其自扩散激活能.根据材料动态模型,计算并分析了2618铝合金的加工图.利用加工图确定了热变形的流变失稳区,并且获得了试验参数范围内的热变形过程的最佳工艺参数,其热加工温度为623～723 K,应变速率为0.01 s-1,温加工温度为573 K左右,应变速率为0.01 s-1.     

弹粘塑性晶界变形损伤本构模型

晶界弹粘塑性变形损伤是钛合金超塑性成形和等温时效成形过程中的主要变形机制。文章考虑晶界的粘滞性及由其引起的率敏感性,建立弹粘塑性的晶界变形损伤本构模型,并结合Cohesive晶界单元描述晶界在钛合金低应变速率变形中的响应,实现对钛合金晶界的粘滞性滑移与迁移的合理描述。基于ABAQUS/Explicit平台,利用所建模型对不同应变速率10-3s-1、10-2s-1和10-1s-1下工业纯钛TA1单向拉伸过程中的晶界滑移行为进行有限元数值模拟分析。结果表明,当晶界厚度由0.8μm增大至1.2μm时,其临界强度降低,且晶界滑移对塑性变形的贡献增大近两倍;当应变速率为10-2s-1和10-3s-1、对应塑性应变为0.1时,晶界滑移对塑性应变的贡献分别是应变速率为10-1s-1时的10倍和20倍。     

BT25钛合金β相区动态再结晶行为及数值模拟

利用Gleeble-3500 型热模拟试验机对BT25 钛合金进行单道次等温压缩实验,分别采用Najafizadeh-Jonas 加工硬化率模型和Cingara-McQueen 流变应力模型研究了合金在变形温度1040～1100℃,应变速率0.001～1 s-1 和最大压下率为60％的条件下动态再结晶的临界条件,分析真...     

2099合金热变形加工图研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机对2099合金进行等温热压缩试验,研究了基于动态材料模型的加工图,分析了该合金在变形温度为300~500℃,应变速率为0.001~10 s-1范围内安全区和失稳区的组织特征,并对其热加工工艺进行优化。结果表明,2099合金的加工失稳区主要位于300~420℃,0.001~0.02 s-1和300~500℃,0.562~10 s-1范围内。失稳区组织出现了局部流变、局部剪切、局部流变+局部剪切等特征;安全区组织以动态回复、动态回复+动态再结晶为主要特征。合金热加工工艺优化为:真应变<1.1时,工艺参数为380~420℃,0.025~1 s-1;真应变>3.4时,工艺参数为420~500℃,0.001~0.562 s-1。     

TiB_2/7055Al原位合成铝基复合材料高温变形行为与热加工性能

采用Gleeble-1500热模拟机进行热压缩实验,研究变形温度为300～450℃、应变速率为0.01～10s-1时TiB2/7055Al原位合成铝基复合材料的热变形行为。结果表明:热变形过程流变应力可用双曲正弦本构方程来描述,平均变形激活能为158.3kJ/mol,根据材料动态模型,计算并分析TiB2/7055Al的加工图。利用加工图确定热变形的流变失稳区,获得试验参数范围内的热变形过程最佳工艺参数,其热加工温度范围在430～450℃,应变速率范围为10～3.16s-1和0.032～0.01s-1的两个区域。     

片状粉末冶金烧结态CNT/Al-Cu复合材料的热变形及加工图（英文）

采用Gleeble-3500热模拟试验机在温度300~550°C、变形速率0.001~10 s-1条件下,对片状粉末冶金烧结态CNT/Al-4Cu复合材料进行热变形行为研究。基于动态材料模型(DMM)建立应变为0.1~0.6的加工图,并利用扫描电镜、电子背散射衍射技术和高分辨透射电镜分析变形前后的显微组织。结果表明:应变对加工图有明显的影响,当应变为0.6时,最优加工区域为:375~425°C,0.4~10 s-1和525~550°C,0.02~10 s-1。在低变形温度和低变形速率时,基体中大颗粒不均匀分布,出现高密度缠结位错、位错墙和亚晶,对应加工图中的不稳定区域。当变形温度为400°C和550°C、变形速率为10s-1时,基体中细小颗粒均匀分布,晶粒为再结晶形态,对应加工图中的稳定区域。     

铸态Ti40阻燃钛合金高温变形特性

在热模拟试验机上对铸态Ti40合金在950～1100℃、应变速率0.001～1.0 s-1范围内进行了热压缩实验,并基于动态材料模型理论建立了该合金的加工图,通过分析加工图和观察变形组织,研究了该合金的高温变形特性。结果表明,该合金加工图上失稳区范围为950～1040℃、0.1～1.0 s-1,功率耗散效率η值最小,为0.16～0.35,易出现局部流动现象。加工图上有两个η峰值区,范围分别为1070～1100℃、0.1～1.0 s-1和1000～1100℃、0.001～0.02 s-1,η值分别达到局部最大和整个加工图最大,分别为0.42～0.68和0.44～0.76,对应的变形特性均为动态再结晶,二者是优化的加工区。加工图上除失稳区和η峰值区以外,其它区域的η值为0.36～0.44,介于失稳区和峰值区的η值之间,是热变形时可选的区域。     

基于Projection VOF方法的熔模铸造蜡模充型过程数值模拟

针对熔模铸造蜡模充型过程数值模拟软件自主开发，建立了流动场和温度场数学模型，采用Cross-WLF粘度模型描述蜡料的流变性能，基于Projection VOF方法进行蜡料流动过程速度场、压力场以及自由表面的求解。通过试验测量获取了K512型蜡料的热物理性能和流变性能的相关数据，拟合得到粘度模型参数。分别在蜡料常粘度和变粘度模型两种条件下对扳机铸件蜡模充型过程进行模拟，结果表明，所建立蜡模充型过程数学模型能较好地描述蜡料的动态流变特性和传热行为。     

Pb-Mg-Al合金的热变形行为与加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机研究Pb-Mg-Al合金在变形温度453～613 K、应变速率0.01～1 s-1条件下的热压缩流变行为,计算应力指数和变形激活能,采用Zener-Hollomon参数法构建合金的高温变形的本构关系,基于Murty准则,建立Pb-Mg-Al合金的加工图。结果表明:Pb-Mg-Al合金为正应变速率敏感材料;该合金的热压缩变形流变应力行为可用双曲正弦函数本构方程和Zener-Hollomon参数来描述,其平均变形激活能为149.524 4kJ/mol;从加工图分析并结合激活能,确定Pb-Mg-Al合金的最优变形温度和应变速率分别为533 K和0.1 s-1。     

Mg-Y-Nd-Gd-Zr合金的热变形和加工图

采用GLEEBLE-1500热模拟实验机对Mg-Y-Nd-Gd-Zr合金在变形温度为523～723 K、应变速率为0.002～1.000 s-1、最大变形程度为50%的条件下,进行了高温压缩试验研究.采用指数关系式描述了合金在热变形过程中的稳态流变应力.利用动态材料模型构建了热加工图,结合组织观察结果认为,该合金在变形温度为673 K、应变速率为1.000 s-1时功率耗散效率达到峰值0.36,因此,中温高应变速率区域为最佳加工性能区域.要想获得较大范围的最佳加工性能区域,应采用多道次小变形量进行加工.     

气辅共挤成型分层界面不稳定的数值模拟研究

提出了全新的气辅共挤成型工艺,基于气辅共挤成型特点建立了理论模型,通过数值模拟系统研究了聚合物流变性能和工艺参数对气辅共挤成型分层界面不稳定的影响规律,并揭示了其影响机理。研究结果表明,随着高粘层熔体与低粘层熔体粘度比的增大,或温度比和速度比的减小,熔体分层界面不稳定性均会加剧,气辅共挤成型粘度比与传统共挤成型相比,其可调范围也更宽。     

F40MnVS非调质钢大规格棒材热加工图的构建

采用Gleeble-2000D热模拟试验机对F40MnVS非调质钢进行了热模拟压缩试验,分析了该钢在850~1 050 ℃和0.01~10 s^-1条件下的热模拟压缩变形特征。同时,根据Prasad提出的动态材料模型(DMM)并结合有限元模拟,建立了适用于F40MnVS非调质钢φ156 mm规格棒材的热加工图。研究结果表明,在低应变速率(0.01~0.1 s^-1)下,材料呈现典型的动态再结晶特征;在高应变速率(1~10 s^-1)下,材料发生动态回复;由所建立的热加工图确定了F40MnVS非调质钢的最佳的热变形工艺,即变形温度900~950 ℃,应变速率0.03~0.1 s^-1。热加工图为F40MnVS非调质钢大规格棒材的加工性能分析和工艺优化提供了参考依据。     

利用本构方程和加工图表征BFe10-1-2白铜合金的热变形行为

为了获得BFe10-1-2白铜合金的合理热变形工艺参数,通过热模拟压缩试验对该合金的高温变形行为进行了研究。试验温度为1023~1273K,应变速率为0.001~10s_-1。通过流变曲线分析、动力学分析及加工图对BFe10-1-2白铜合金的高温变形行为进行了表征,计算出BFe10-1-2白铜合金在热压缩变形过程中的激活能为425.299KJ/mol。通过Zener-Holloman参数以及真应变建立了BFe10-1-2白铜合金的本构方程用以描述该合金的高温流动应力。对计算的流动应力值与试验值进行了对比,结果表明：本构方程可以准确描述该合金的高温流动行为。此外,基于动态模型,建立了BFe10-1-2白铜合金的热加工图,并通过宏观及微观组织分析对加工图的准确性进行了验证。     

高拉速薄板坯连铸结晶器钢渣界面波动分析

为应对提高拉速薄板坯结晶器内钢液不稳定行为,以1 520 mm×90 mm薄板坯结晶器为研究对象,利用液面追踪技术VOF方法建模计算,对薄板坯钢渣界面进行了深入研究,实现了对薄板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算。并结合实际生产工艺,采用1∶1物理模型和数值模拟相互验证,分析了拉坯速度、浸入深度和保护渣黏度种类对结晶器流场及钢渣界面的影响。结果表明,当结晶器钢液面流速为0.20~0.25 m/s,且界面较平稳时,保护渣黏度高于0.237 Pa·s可以适用;当钢液流速为0.25~0.30 m/s,保护渣黏度为0.382 Pa·s时,现场低碳钢卷渣率小于0.5%,表现出良好的抗卷渣能力。     

不可压缩SPH方法模拟非牛顿流边界设置

基于不可压缩SPH(ISPH)算法,针对螺杆挤出螺槽横截面内非牛顿流的计算,对镜像粒子法和静态粒子法两种边界设置方法进行研究。对比分析计算得到的速度场、粘度场、剪切应变率分布发现,使用静态粒子法计算的边界附近粒子的粘度场分布之所以不会剪切变稀,是因为剪切应变率计算的错误造成;而采用镜像粒子法则不会出现这种问题。该研究为不可压缩SPH方法在聚合物挤出加工模拟中的应用打下基础。     

水辅助注塑制品残余壁厚影响因素仿真分析

残余壁厚是衡量水辅助成型制品质量的重要指标,研究工艺参数对残余壁厚的影响规律对生产工艺具有重要指导意义。基于流体体积法,应用计算流体力学（CFD）计算软件分析了工艺参数对水辅助注塑三维弯管残余壁厚的影响。仿真分析中为了完整描述熔体黏度在实际成型中的变化,利用软件中的用户定义功能（UDF）完成对熔体黏度模型的定义。模拟分析表明：注水速率与熔体注射量是影响水管件成型质量的主要因素。提高注水速率,使得短时间内有更多熔体被推向前方,形成更小的残余壁厚。提高熔体注射量会降低水体穿透空间,得到的水管件残余壁厚更大。另一方面,本次模拟分析中诸如注水温度、模具温度、熔体温度等因素对残余壁厚影响并不大。     

Experimental and numerical investigation of laminated steel sheet in V-bending process considering nonlinear visco-elasticity of polymer layer

Laminated steel sheet consists of two steel sheets and a polymer layer which bonds them. During forming process, mechanical properties of polymer layer significantly influence the shape of final product. In this study, a continuum model in which nonlinear visco-elasticity is taken into account has been developed for polymer layer of laminated steel sheet and implemented in a commercial finite element program by material subroutines. Lap-shear test and T-peel test have been conducted to obtain parameters of this continuum model. Two different methods are compared to establish a better method for modeling the polymer layer deformation in lap-shear test simulation. One is cohesive zone element and the other is contact method. In order to assess calculation efficiency, both explicit and implicit procedures are used to simulate lap-shear test, and T-peel test is simulated by implicit procedure to evaluate accuracy. The result indicates that cohesive element is easier to solve convergence problem and implicit procedure may save much simulation time. T-peel test data can be used to describe the normal mechanical behavior of polymer layer in an acceptable range. Finally, V-bending forming process has been studied to investigate the effect of polymer layer on the springback and final deformation shape through experiment and numerical simulation. The result indicates that the comparison between numerical simulation and experiment is in good agreement. The finite element model can accurately predict the final shape after bending and springback.     

17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢的动态再结晶行为及热加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机得到17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A齿轮钢在1000~1150 ℃、0.01~10 s^-1的流变应力曲线,构建了两种钢的动态再结晶Avrami动力学模型和热加工图。结果表明,两种钢在高变形温度、低应变速率下易发生动态再结晶。17Cr2Ni2MoVNb钢中较高的Nb和Mo含量对动态再结晶的抑制作用大于20Cr2Ni4A钢中的高Ni含量的影响,导致在相同的热变形条件下17Cr2Ni2MoVNb钢的动态再结晶体积分数小于20Cr2Ni4A钢。17Cr2Ni2MoVNb钢的最佳热加工工艺参数为:温度为1050~1150 ℃、应变速率为0.1~0.6 s^-1;20Cr2Ni4A钢的最佳加工参数为:温度为1100~1150 ℃、应变速率为3.3~5.5 s^-1。     

On the prediction of delamination during deep-drawing of polymer coated metal sheet

This paper describes the development and application of a numerical model that can predict the delamination of the polymer coating from the steel substrate during deep-drawing. Experimentally characterized cohesive zones are used to describe the interface between the polymer and the steel and are capable of modelling delamination or a prior partial loss of adhesion during an axisymmetric deep-drawing simulation. A parameter is proposed that quantifies the interfacial integrity and is used to assess the influence of the tooling radii, the clearance between the punch and the die and the coating thickness on the interfacial integrity.     

不同结晶器保护渣的剪切变稀行为

在连铸过程中,结晶器保护渣在通过控制润滑来实现较好的可浇性和铸坯质量方面起到重要作用。在缺乏结晶器保护渣不同热物性的情况下,黏度是判断结晶器保护渣润滑性能的必要参数。许多研究人员（包括笔者）证实了熔融的结晶器保护渣的流变性能。实际操作中,在剪切速度约为10～40 s－1的结晶器上表面,为减少卷渣,需要高黏度保护渣;但是在剪切速度为100～1 000 s－1的结晶器壁,为了保证最大的润滑性能,保护渣黏度应该低。因此,这个特定的属性可能有利于实际连铸过程。目前的研究试图通过用旋转黏度计测量CaO-CaF2-SiO2、CaO-CaF2-B2O3-SiO2和CaO-CaF2-SiO2-Si3N4基保护渣体系的黏度来表征该体系的黏弹性（名为流变性能）。旋转黏度计配备一个1 623 K温度下受控氧逸度的熔炉。而且,通过拉曼光谱和XPS分析来了解结晶器保护渣黏弹性和结构之间的关系。根据结果,所有经检测的结晶器保护渣都具有流变性能,当剪切速率增大时,黏度降低。应用Oswald-De Waele指数模型来定量每个结晶器保护渣的剪切变稀度,得出每个结晶器保护渣的聚合度与剪切变稀行为的强度大体上成比正。