基于响应面法和修正Archard磨损理论的汽车前下摆臂热锻模具应力与磨损分析

以汽车前下摆臂热锻模具作为研究对象,基于Archard修正磨损模型,采用模具预热温度、模具下压速度、模具初始硬度和摩擦因数4因素正交试验,建立了可信度较高的回归模型,进行了模具磨损和应力的预测与优化。通过响应面法求解出的最佳参数组合为：模具下压速度为78.80 mm·s^-1、模具预热温度为206.72℃、摩擦因数为0.34和模具初始硬度为52.76 HRC,此时模具的磨损深度为3.75×10^-6 mm、模具应力为672 MPa。将实际值与预测值拟合后发现,预测值与实际值具有较好的一致性,回归模型的真实性较高。通过试验验证得到模具单次磨损深度为3.875×10^-6 mm,与响应面模拟结果的误差小于5%,验证了响应面模型的准确性。     

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm²;当表面张力温度系数为-3.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm²;当表面张力温度系数为-4.9×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm².     

钛合金框锻件热锻过程中低倍组织分层及模具磨损行为的数值分析

TC18钛合金锻件低倍组织出现分层现象。较亮的低倍组织具有较低的性能,通常被称为冷模组织。降低冷却速度可能会减少冷模组织的产生,但也可能加剧模具磨损。通过模拟和实验研究了TC18钛合金框锻件热锻过程低倍组织分层、模具磨损与工艺参数间的关系。通过二次开发将冷模组织和磨损深度预测模型导入DEFORM软件。利用开发后的软件模拟了钛合金框锻件连续锻造生产过程,研究了冷模组织和磨损特性。利用响应面法和优化参数,讨论了不同参数下模具磨损与冷模组织厚度间的关系。结果表明：钛合金锻件冷模组织含量主要受接触条件的影响,而锻模磨损深度主要受模具预热温度的影响。应用玻璃纤维润滑剂能在不显著增加磨损深度的前提下实现锻件冷模缺陷组织含量的有效降低。     

拉延工艺对钛合金汽车壳件性能的影响

采用不同压边力和拉延速度对钛合金汽车壳件进行了拉延,并测试和分析了试样耐磨损性能和冲击性能。结果表明,随压边力从150 k N增大至350 k N或拉延速度从300 mm/s增大至700 mm/s,试样的耐磨损性能和冲击性能先提高后下降。与150 k N压边力相比,经250 k N压边力成形的钛合金汽车壳件试样磨损体积减小了54%,冲击吸收功增大了44%;与300 mm/s拉延速度相比,经600 mm/s拉延速度成形的钛合金汽车壳件试样磨损体积减小了44%,冲击吸收功增大了30%。钛合金汽车壳件的最佳压边力和拉延速度为:250 k N和600 mm/s。     

激光选区熔化复合制造TC4钛合金组织性能研究

采用选区激光熔化技术(SLM)在锻造后的TC4合金基体上制备TC4钛合金增材/锻件复合成形件，并采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和拉伸试验机等试验设备，分析了不同SLM参数下TC4钛合金复合成形件微观组织及力学性能。结果表明：复合试样微观组织分为锻件基体区、结合区以及增材区三个区域。增材区与锻件区之间界线清晰，无未熔合、气孔、裂纹等缺陷。锻件区组织为等轴组织，增材区为相互交错的针状α′马氏体组织。性能试验结果表明：增材区和结合区抗拉强度及屈服强度均显著优于锻件；其中结合区强度最高，增材区次之。综合考虑强度和塑性，激光功率为280 W,扫描速率为1100 mm/s下得到的复合试样拉伸性能最好。     

气缸套表面耐磨热障涂层制备与性能研究

柴油机气缸套表面热障涂层是协同提升其阻热、耐磨、减摩性能的有效方法。利用超音速高能等离子弧喷涂设备,在38CrMoAlA基体表面制备了厚度为1.5 mm的NiCoCrAlY-YSZ双层结构的热障涂层,并对其微观结构、力学性能与高温摩擦学行为进行了研究。结果发现,涂层孔隙率约为(9.62±2.23)%,与基体结合强度为(30.33±1.89) MPa;当环境温度为200℃时,38CrMoAlA基体的磨损率约为1.96×10^-4 mm³/(N·m),高于250℃油润滑条件下YSZ涂层的1.14×10^-4 mm³/(N·m);涂层在油润滑时的摩擦磨损性能较为优异,无润滑时的摩擦因数与磨损率分别由0.05和0.54×10^-4 mm³/(N·m)增加至0.70和2.97×10^-4 mm³/(N·m),其磨损形式以磨粒磨损为主。该研究为低散热柴油机关键部件的设计与防护提供了理论与技术支撑。     

电弧增材制造耐磨钢的组织结构与摩擦学性能

研究了电弧增材制造耐磨钢的组织结构、力学性能和摩擦学性能。结果表明：电弧增材制造耐磨钢试样的外观形貌质量良好，未发现气孔、裂纹等缺陷，试样内部为良好的冶金结合，金相组织主要为马氏体；透射电镜结果显示，电弧增材制造耐磨钢试样的晶体结构为马氏体，试样中存在碳化物、夹杂物和位错；试样截面在纵向和横向显微硬度分布有较大波动，其截面纵向和横向的平均显微硬度分别为601和597 HV_0.5;试样的室温屈服强度为1112 MPa,抗拉强度为1259 MPa,室温下试样夏比冲击值的均值为4.2 J;电弧增材制造耐磨钢试样在载荷为5～25 N的摩擦磨损测试条件下的磨损率约为10^-6～10^-5 mm³·(N·m)^-1量级，摩擦因数为0.24～0.69,具有较好的耐磨性能。     

钢球毛坯热锻成形工艺设计与分析

针对钢球毛坯热锻成形的变形特点,分析了钢球毛坯热锻成形后的常见缺陷及其产生原因.以在JB31-160压力机上加工公称直径27.5mm钢球毛坯为例,分析了钢球毛坯压力机热锻成形的模具结构特点.从合理设计钢球毛坯锻件图开始,对钢球毛坯进行了有关工艺参数计算,确定了热锻钢球毛坯模具工作的部分尺寸,提出了钢球毛坯压力机热锻成形工艺设计的新方法.生产实践表明,该新工艺能显著提高热锻成形钢球毛坯的质量,降低锻件废品率,提高模具使用寿命.     

中温高强TC11和TC19钛合金锻件组织与性能研究

针对航空发动机压气机整体叶盘等部件所使用的TC11、TC192种中温高强钛合金锻件，基于其各自典型使用状态，开展了组织形貌和不同条件下拉伸性能、冲击韧度以及保载/无保载条件下低周疲劳性能的对比分析研究。结果表明：TC11钛合金锻件呈现典型的双态组织，TC19钛合金锻件呈现全片层网篮组织；TC19钛合金锻件在100～400℃下的拉伸强度明显优于TC11钛合金锻件。TC19钛合金锻件的高温缺口冲击韧度值明显高于TC11钛合金锻件，在100℃和855 MPa峰值应力载荷下，TC19钛合金锻件的保载和无保载疲劳寿命均明显高于TC11钛合金锻件，且2种合金均存在一定的保载效应。     

电阻连续加热热锻模具设计及试验验证

为了提高热锻成形质量,简化成形设备,提出了一种通过电阻加热,使锻件在模具内直接完成加热和成形的新型热锻模具结构。根据电极与锻件接触关系的不同,将电阻连续加热热锻模具结构进行了分类。以电极与锻件不接触的模具结构为例,分析了该类模具的结构特点及其成形工艺,提出了成形过程中遇到的主要问题。通过试验,对新的模具结构进行验证。结果表明,该模具结构可以在短时间内将锻件加热到成形温度,并在成形过程中降低锻件的冷却速度。     

双重退火对激光增材制造TC18钛合金组织和性能的影响

利用拉伸试验机、扫描电镜和金相显微镜等手段,研究了双重退火工艺(890℃×1 h/FC+750℃×2 h/AC,570℃×4 h/AC)对激光增材沉积和修复两种状态的TC18钛合金的组织和力学性能的影响,并与原始锻件TC18钛合金进行比较。结果表明,激光增材修复试样微观组织为典型的类铸态组织,主要由层状β晶粒组成。激光增材修复试样经双重退火后为魏氏组织,原始β晶界仍清晰可见,晶内分布着交错的(α+β)集束。经双重退火后,激光增材沉积试样强度低于锻件,塑性高于锻件,激光增材修复试样的性能介于两者之间,其冲击性能比锻件的冲击性能高约60%。激光增材沉积、激光增材修复两种状态经退火热处理后力学性能都能达到TC18锻件规定值。     

激光修复TC18钛合金组织及性能特征

利用拉伸试验机、扫描电子显微镜和金相显微镜等手段研究了退火工艺(650℃/2h/AC)对TC18钛合金的激光增材修复TC18钛合金锻件的拉伸性能、冲击性能、断裂韧性的影响,并且分析了拉伸试样和冲击试样的断口形貌.结果表明:退火处理后,增材修复件的强度从锻件基体到增材修复区逐渐增强,伸长率和断面收缩率从基体到修复区逐渐降...     

连续点式锻压激光快速成形TC11钛合金的组织和力学性能

采用连续点式锻压激光快速成形技术进行了TC11钛合金厚壁零件成形实验,利用OM、SEM等手段研究了连续点式锻压激光快速成形TC11钛合金的组织和力学性能。结果表明,TC11钛合金试样内部的等轴晶晶粒尺寸均匀,平均晶粒尺寸48.7 mm。等轴晶的晶界α相连续,晶内是初生α相板条+β转变组织组成的双态组织。在连续点式锻压激光快速成形过程中,连续点式锻压时,TC11钛合金厚壁零件的表层变形区深度约为1.5 mm,变形量为20%。在连续点式锻压冷变形TC11钛合金上表面沉积新层过程中,当激光束扫描经过时,熔池热影响区中约1 mm厚(4层)冷变形TC11钛合金被加热到钛合金β转变温度之上,并在0.86 s内完成再结晶。力学性能结果表明,与TC11钛合金锻件相比,连续点式锻压激光快速成形的TC11钛合金的强度高,而塑性低。断口形貌分析表明,晶间断裂是导致TC11钛合金塑性差的主要原因。     

多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形工艺

为研究多曲率截面TC4钛合金超塑性胀形过程中成形气压加载速度对零件成形效果的影响，利用MARC有限元软件对TC4钛合金板材在应变速率为2×10^-3 s^-1条件下进行了超塑性胀形模拟，获得了气压-时间加载曲线。基于该曲线设计了3种不同成形气压加载速度曲线，并分别进行了超塑性胀形试验。试验结果表明，在3种不同成形气压加载速度条件下，气压加载速度越慢，零件成形效果越好。零件各个位置壁厚变化均匀且实际壁厚减薄趋势与模拟得到的壁厚减薄趋势大致相符，零件实际最大壁厚减薄率约为25%,满足零件使用要求。成形后的零件各变形区域的晶粒形状变化不大且均为等轴晶粒，晶粒尺寸随着板材形变量的增大而减小。     

汽车齿轮胎热锻模失效分析及强化处理

热锻模是传递动力迫使高温金属毛坯在型腔内通过塑性变形达到锻件成形的模具。热锻模服役时与约1000℃金属坯料接触时间较长，承受巨大的挤压力、冲击力、弯曲力、摩擦力及热冲击交变应力等复杂作用力。随着高速、强负荷、高精密模锻设备和高强韧性锻件普遍应用，热锻模服役条件更加恶劣，因种种原因造成多种失效形式。     

Mo-12Si-8.5B-ZrO2(Y2O3)复合材料在空气和真空中的干摩擦学行为

纳米ZrO₂(Y₂O₃)强韧化的双尺度Mo-12Si-8.5B复合材料具有优异的力学性能,但在25～1000℃范围处于空气和真空下的干滑动摩擦学性能尚不清楚。采用销-盘式摩擦磨损试验,比较研究Mo-12Si-8.5B-2.5%ZrO₂(Y₂O₃)/Si₃N₄配对副的干摩擦学性能。结果表明：在空气中,随着测试温度的增加,摩擦因数先增加后减小,800℃时达到最小值(为0.28);复合材料的磨损率在25～600℃时为6.02～69.4×10^-6 mm³/(N·m),800～1000℃的磨损率增加到8.7×10^-3～95×10^-3 mm³/(N·m)。在真空中,从25℃升高到400℃时,摩擦因数从0.62逐渐降低至0.49,600℃时急剧增加到1.04,而在800℃和1000℃时摩擦因数又分别降低到0.82和0....     

GH4169高温合金螺栓热锻成形工艺

高温合金热锻成形过程具有热力耦合和多参数交互特征,其温度场及应力、应变场的分布和演变复杂,实验前需通过数值分析获得较优的工艺参数.以GH4169高温合金螺栓为研究对象,对螺栓单道次及多道次热锻成形工艺进行对比、分析,研究了头部初始热锻温度、下压速率、摩擦因数、换热系数和模具预热温度等工艺参数对锻件热锻压力、应变均匀性的...     

铸态TC4钛合金电子束焊接头组织与性能研究

文中分别采用6种不同电子束焊工艺对厚4 mm和厚6 mm TC4钛合金板进行对接焊，分析了电子束焊接头各区域的显微组织、显微硬度、室温拉伸及冲击韧性等力学性能。结果表明：TC4焊缝区主要为粗大的柱状晶组织，晶粒内部存在交错分布的针状α′马氏体和β相；4 mm和6 mm板的硬度最大值出现在焊缝区，焊缝区冲击韧性较差，4 mm板中1^#试样的冲击韧度最大，约为29.33 J/cm²;6 mm板中2^#试样的冲击韧度最大，约为20.08 J/cm²。     

激光混合织构对45钢摩擦学性能的影响

首先采用纳秒激光精细微加工设备在45钢表面分别加工了直径100μm及深度8～10μm的凹坑织构(D100),直径200μm及深度6～8μm的凹坑织构(D200)以及兼具两类织构的混合织构(Mixture),织构面密度均为15%,然后在干摩擦及乏油润滑条件下对不同织构的试样进行摩擦试验，研究了不同激光织构对试样摩擦学性能的影响，并分析了磨损机理。结果表明：相比无织构试样，混合织构试样在干摩擦条件下的摩擦系数降低了约27.9%,在乏油润滑条件下降低了约9.9%。干摩擦条件下，D200织构试样的磨损率最低，为2.57×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,乏油润滑条件下D100织构试样的磨损率最低，为1.04×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,表明激光织构能够改善45钢的摩擦学性能。激光织构的减摩机理为：干摩擦条件下捕获磨屑，从而减少磨粒磨损；乏油润滑条件下，织构化处理能够储存润滑油并增加试样的亲油性，促进润滑油在试样表面...     

水下搅拌摩擦加工对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微观组织和力学性能的影响

在空气及水介质中对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金进行搅拌摩擦加工(FSP),分析了加工区的组织形貌特征，并研究了加工过程中不同冷却介质对加工区组织性能的影响。结果表明，空气中和水下FSP试样的平均晶粒尺寸分别为4和2μm。在空气中及水下FSP过程中，试样的大角度晶界比例提高，织构显著弱化。温度曲线表明：空气中FSP试样的持续热输入时间和冷却速率分别为49 s和8.5℃·s^-1,水下FSP试样为23 s和30.7℃·s^-1。由于水下FSP试样热输入的减少对再结晶过程的影响，其试样组织中的亚结构比例高于空气中FSP试样。同时，水下FSP试样保留了更多均匀分布的LPSO相。空气中FSP试样的屈服强度和抗拉强度分别为213和315 MPa,水下FSP试样分别为334和393 MPa。此外，所有FSP试样无力学性能各向异性。