不同摩擦挤压过程中金属流动行为的变形分区研究

采用数值模拟和实验,深入分析了积极摩擦挤压过程中金属变形流动行为的力学机理,利用应力偏张量第二不变量J2、Lode系数μ等特征量对挤压过程进行了变形分区.结果表明:积极摩擦挤压时筒底不出现分流的现象,"死区"缺陷完全消失,处于塑性区内材料的应变类型由三种变为均一的拉伸类,且显著改善了成形过程中金属变形和流动的均匀性,利于金属的挤出成形及制品质量的提高.     

流动摩擦焊接过程塑性金属流动行为

搅拌工具端部形貌特征影响焊缝成形,工具端面的渐开线有利于焊接时塑性金属的流动,在焊缝的上部材料受到焊接工具的作用发生层流运动,材料由搅拌工具边缘向中心流动,而中心处聚集的材料挤压周边的材料向阻力小的方向运动,材料在厚度方向混合从而形成一个循环往复运动。同时采用数值模拟和实验手段对其进行了验证。     

挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响

挤压速度和摩擦状态是铝型材挤压过程中的重要工艺条件,对挤压产品的质量、挤压力、模具寿命和生产率等具有直接影响。文章以一异型铝型材挤压件为例,采取塑性剪切摩擦模型,使用3种挤压速度和6种摩擦因子的不同组合分别进行挤压过程数值模拟,得到不同参数下模具受力、挤压件温度分布变化及材料流动速度的变化等情况,研究讨论了挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响规律。研究结果为挤压生产实践提供了一定的理论指导与参考。     

摩擦对6061铝合金等径角挤压变形的影响

应用Deform-3D软件,对6061铝合金的等径角挤压过程进行了数值模拟,研究了摩擦对挤压过程的影响,并分析了挤压过程中挤压力的变化以及应力和应变的分布情况。等径角挤压试验在1000kN压力机上进行,测定了实际挤压载荷,并采用不同的润滑剂对摩擦的影响进行了研究。结果表明,6061铝合金的等径角挤压变形过程中应力和应变呈不均匀分布,摩擦对挤压过程有着重要的影响。摩擦因数越大,挤压力越大,变形越不均匀。另外,对模拟结果进行了试验验证,结果基本一致。     

热处理对挤压变形铝合金循环变形行为的影响

为了明确固溶、时效、以及固溶+时效处理对挤压变形Al-4%Mg-1.0%Ce合金循环变形行为的影响,针对不同处理状态的挤压变形Al-4%Mg-1.0%Ce合金进行了总应变幅控制下的低周疲劳实验。结果表明,挤压变形Al-4%Mg-1.0%Ce合金经过热处理后,循环变形抗力降低;不同处理状态的挤压变形Al-4%Mg-1.0%Ce合金均可呈现出循环硬化和循环稳定;在较高的外加总应变幅下,不同处理状态的挤压变形Al-4%Mg-1.0%Ce合金均会发生动态应变时效;固溶处理可以显著降低挤压变形Al-4%Mg-1.0%Ce合金的应变疲劳参数K’和n’,时效处理能够明显提高合金的K’和n’,而固溶+时效处理对合金的K’和n’影响不大。     

焊接工艺参数对2024铝合金搅拌摩擦焊过程中材料塑性流动行为的影响

以轴肩端面为同心圆的带螺纹搅拌头为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT建立了三维塑性材料流动模型,对2024铝合金搅拌摩擦焊接过程中材料的塑性流动进行了数值模拟,研究焊接工艺参数对模拟结果的影响。结果表明,在搅拌头附近区域材料的塑性流动剧烈,且轴肩附近材料的流动速度高于搅拌针边缘材料的流动速度;随着搅拌头旋转速度的增加,搅拌头附近区域材料流动更剧烈,且高速流动的材料区域范围变大;焊接速度的提高对搅拌头及其附近区域材料的流动影响不大。     

摩擦条件对高强铝合金ECAP变形作用的有限元模拟

应用三维金属塑性成形模拟软件DEFORM-3D,对高强铝合金等通道转角挤压(ECAP)变形过程中摩擦力的作用进行了有限元模拟。计算模拟结果表明,挤压过程中载荷-位移曲线可分为快速增加、载荷稳定、快速增加、载荷稳定及快速下降5个阶段。摩擦系数越大,变形载荷越大;摩擦系数从0到0.3,最大载荷增加了2.1倍,所消耗的功增加了1.3倍,摩擦条件下,载荷一部分用于克服摩擦阻力,一部分用于材料变形,增大了能耗,同时减少了模具使用寿命。此外摩擦系数大,材料平均等效应变基本不变,而芯部应变不均匀程度增大。因此在等通道转角挤压的过程中,应保证挤压凹模内壁表面光洁、使用合适的润滑剂,以减小摩擦,减小载荷,从而改善晶粒细化及组织的均匀性效果。     

方形管分流模双孔挤压过程中金属的流动行为

采用Deform-3D有限元软件,结合基于逆向工程的焊合面网格修复技术,建立方形管分流模双孔挤压时包括焊合过程在内的全过程的三维有限元数值模拟方法,分析分流孔的配置方案对金属流动行为、挤压力、挤压温度及成形质量的影响。结果表明:中间分流孔与位于两侧分流孔的面积比值Q1/Q2是影响金属流动均匀性、焊缝位置和制品平直度的重要因素,比值Q1/Q2为0.93～1.03时,挤出的方管平直度好;分流孔外接圆直径和挤压筒直径的比值对挤压过程中温升的影响较小,而对挤压力有一定的影响,当该比值为0.82时挤压力最小,该比值超过0.82时挤压力明显增加。     

搅拌摩擦焊接偏心挤压流动模型

提出了一种偏心挤压流动模型,该模型认为搅拌头对软化材料的偏心挤压作用是形成接头的主要因素.基于该模型,设计并进行了偏心搅拌摩擦焊接试验.结果表明,搅拌摩擦焊接过程中,接头是由搅拌头偏心挤压材料形成的;搅拌头的偏心量越大,形成的接头核心区也将越大;在搅拌针附近的金属流动将使焊接接头形成在行进方向的层状结构;在接头表面将形成弧形纹,形成的弧形纹不是沿板材对接面对称的,而是偏向后退侧的,弧纹在后退侧形成的弧纹夹角比前进侧形成的弧纹夹角大;行进方向的层状结构和接头表面的弧形纹有对应关系.     

等通道转角挤压中摩擦影响的数值模拟

采用大型商用有限元软件ANSYS对等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing, ECAP)过程进行数值模拟,得到了ECAP变形过程中的等效应变和等效应力分布规律,分析了摩擦对ECAP变形的影响.结果表明,当模具转角φ＝90°、ψ＝0°时,与无摩擦情况相比,摩擦的存在使与模具接触的试样底部金属发生较大的变形,使等效应变和等效应力分布不均;最大等效应变主要分布在试样的底部,最大等效应力主要分布在转角处且比无摩擦时的分布区域有所扩张.同时,无摩擦时,试样与模具外转角处产生"间隙";存在摩擦时,随着摩擦的增大这种"间隙"逐渐减小甚至会消失.     

铝合金双轴肩搅拌摩擦焊过程材料流动行为

由于下轴肩的引入,双轴肩搅拌摩擦焊(BT-FSW)过程中的材料流动行为较常规搅拌摩擦焊更为剧烈和复杂,显著影响接头力学性能.以2219铝合金为研究对象,基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了BT-FSW过程三维热力耦合模型,并利用示踪粒子技术分析了焊接过程中材料的流动行为.结果表明,BT-FSW过程中的材料流动存在不同时性,...     

轴肩形貌对铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动的影响

采用轴肩凹面内渐近线凹槽个数分别为0,2,4,6的搅拌头,并结合镶嵌标示材料方法进行焊接试验,分析轴肩形貌对焊缝金属流动影响.结果表明,随渐近线凹槽数增加,焊核区尺寸及其两侧标示材料向上迁移最大高度先增大后减小,同一焊缝中前进侧标示材料迁移高度始终大于返回侧.使用渐近线凹槽数为4个的搅拌头焊接时可使焊缝中的疏松缺陷消失,且焊核区面积、宽度及其两侧标示材料向上迁移高度最大.适当增大渐近线凹槽数,可增大金属塑化程度及其向下迁移量,改善焊缝成形质量.     

铝合金搅拌摩擦点焊接头塑化金属流动形态分析

在搅拌摩擦点焊过程中,塑化金属的流动形态是影响焊点成形及接头力学性能的主要因素。通过采用镶嵌标识材料的方法,研究了搅拌摩擦点焊过程中接头塑化金属的流动形态。结果表明,在焊点横截面上,匙孔两侧塑化金属发生塑性变形的宽度基本相同,从焊点表面到底面,塑性变形区宽度逐渐减小。在焊点的上部,塑化金属主要受轴肩的作用,在轴肩摩擦力和材料之间的剪切力作用下沿搅拌针旋转的方向运动,随着距焊点表面距离的增大,塑化金属沿搅拌针旋转方向的运动趋势逐渐减小。搅拌针周围的塑化金属在搅拌针螺纹向下的压力作用下,以螺旋状向焊点底部运动,运动到焊点底部后受底板的阻碍和未塑化金属的挤压作用从搅拌针四周向焊点上部运动。     

Recrystallization mechanisms during friction stir welding/processing of aluminum alloys

Restoration models for hot working of metals and alloys are reviewed in the context of their applicability to friction stir welding (FSW) and friction stir processing (FSP). Two of these models are used to interpret microstructure and microtexture data for two aluminum alloys subjected to FSP. The need for further experiments and model extensions to accommodate the transients and steep gradients in the strain, strain rate and temperature experienced by materials during FSW and FSP are discussed.     

管材扩径时摩擦对变形状态的影响

摩擦对各种塑性加工有着极大的影响.本文采用圆柱坐标系分析了扩径时的应力应变,得出了与摩擦系数有关的应力数学表达式.同时,分析了摩擦对弯曲中性层的影响,得出了相对半径与摩擦系数的关系式,以及摩擦对制件壁厚均匀程度和口部拉裂的影响.通过采用不同的润滑剂来控制摩擦系数,可以得出不同的相对半径值,最后得出最佳摩擦值为0.15～0.3.     

Modeling friction stir welding process of aluminum alloys

The friction stir welding (FSW) process of aluminum alloys has been modeled using a two-dimensional Eulerian formulation. Velocity field and temperature distribution are strongly coupled and solved together using a standard finite element scheme. A scalar state variable for hardening is also integrated using a streamline integration method along streamlines. A viscoplastic constitutive equation to consider plastic flow and strength variations was implemented for the process modeling. Precipitates inside AA6061 alloys are sensitive to elevated temperatures and affect strength evolution with temperature. The overall effects of the precipitate variations with temperature on strength were reflected using temperature-dependent material parameters. The material parameters of constitutive equations were obtained from isothermal compression tests of various temperatures and strain rates. The effects of FSW process conditions on heating and hardening were investigated mainly near the tool pin. The microhardness distribution of the weld zone was compared with the prediction of strength. In addition, crystallographic texture evolutions were also predicted and compared with the experimental results.     

Thermomechanical modeling and simulation of aluminum alloy behavior during extrusion and cooling

The purpose of this work is the modeling and simulation of aluminum alloys during extrusion processes. In particular, attention is focused here on aluminum alloys of the 6000 series (AlMg Si) and 7000 series (Al Zn Mg). In the current paper, a number of aspects of the structural simulation as well as that of extrusion as a thermomechanical process are considered. These aspects include contact and adaptive mesh refinement, heat transfer inside the billet, heat transfer between the workpiece and the container, frictional dissipation, mechanical energy and surface radiation. The friction is considered to model the so called “dead material zone”. The radiation constant has been estimated so that the results are close to the experimental results.     

Experimental study on temperature distributions within the workpiece during friction stir welding of aluminum alloys

This study aims to experimentally explore the thermal histories and temperature distributions in a workpiece during a friction stir welding (FSW) process involving the butt joining of aluminum 6061-T6. Different types of thermocouple layout are devised to measure the temperature histories during FSW at different locations on the workpiece in the welding direction. Successful welding processes are achieved by appropriately controlling the maximum temperatures during the welding process. Regression analyses by the least squares method are used to predict the temperatures at the joint line. A second-order polynomial curve is found to best fit the experimental temperature values in the width direction of the workpiece. The Vickers hardness test is conducted on the welds to evaluate the hardness distribution in the thermal-mechanical affected zone, the heat affected zone, and the base metal zone. Tensile tests are also carried out, and the tensile strength of the welded product is compared with that of the base metal.     

2024/3003梯度铝合金复合板的反挤压变形研究

将双流浇铸连续铸造直径65 mm的2024/3003梯度铝合金铸锭压制成为15 mm厚的板材,将该板材进行反挤压变形,研究梯度铝合金板内外层合金的流动特性及微观组织的变化规律。结果表明,2024/3003梯度铝合金材料反挤后在杯底部位内、外层合金的梯度过渡特征基本得到保持,内、外层合金分界线呈抛物线特征;在杯身部位内、外层合金则有一定的混合现象,而且内层合金的含量占绝大部分。另外,外层合金在杯身顶部及转角处形成了两个富集区。上述微观组织特征与塑性变形的滑移线理论一致。