GH4169合金低压涡轮机匣异形环锻件胀形工艺

为了解决低压涡轮机匣异形环锻件轧制成形精度低、余量大、材料利用率低、周期长等问题,采用数值模拟与工艺试验试制相结合的方法,研究了GH4169合金低压涡轮机匣异形环锻件胀形工艺。模拟研究阐明了胀形变形量对低压涡轮机匣轧制成形锻件的应力、应变、温度分布及均匀性的影响规律,综合考虑建议胀形变形量取1.5%较为合理;胀形过程的工艺试制研究表明,通过胀形工艺对轧制成形的GH4169合金低压涡轮机匣异形环锻件进行整形,可显著降低锻件的椭圆度、提高锻件的尺寸精度,减小锻件余量并提高余量均匀性,提高材料利用率,同时可有效提高锻件的力学性能及其均匀性。锻件余量均匀性的提高也可有效减小低压涡轮机匣零件的机加工变形。     

采用冷胀形工艺降低2219铝合金环的淬火残余应力

通过固溶时效工艺可以显著提升2219铝合金的力学性能，但在淬火过程中会产生较大的残余应力，对其尺寸稳定性、疲劳强度、应力腐蚀等性能产生不利影响。为降低2219铝合金环件的淬火残余应力，在淬火和人工时效之间引入冷胀形工艺。首先，采用有限元法模拟分析了2219铝合金环淬火、冷胀形后残余应力的数值及分布规律。其次，采用钻孔法测量了环在淬火、人工时效和固溶-冷胀形-人工时效后的残余应力。研究了冷胀形工艺参数对残余应力数值和均匀性的影响。结果表明，引入冷胀形工艺可以使2219铝合金环件淬火残余应力降低85%以上。     

带内、外法兰的Waspaloy合金异形机匣环锻件整体精密成形工艺

介绍了一种带内、外法兰的Waspaloy合金异形机匣环锻件整体精密成形工艺。采用难变形低塑性材料组织均匀性表面控制技术,Waspaloy合金带内、外法兰大型异形环坯制备及Waspaloy合金大型复杂异形环件整体精密轧制的关键技术,结合全流程仿真,制定出工艺方案,并确定了锻造、热处理工艺参数,成功生产出带内、外法兰的Waspaloy合金异形机匣环锻件。使用该技术生产的异形机匣锻件的内、外径异形面成形情况较好,各尺寸能够满足交付要求,高倍组织均匀,性能指标满足SAE AMS 5707—2017要求,减少了贵重金属原材料投入,降低了成本,提高了机匣的均匀性及整体性能水平。     

冷胀形变形量及时效制度对2219性能的影响

冷变形是提高时效硬化型铝合金的力学性能的有效手段,变形量的大小是影响铝合金力学性能的重要因素.本文对轧制后铝合金环件进行固溶,然后在不同冷胀形变形量(0％、2％、3％、4％、5％)下对铝合金环件进行胀形,最后分别在不同时效制度下时效,通过室温拉伸测试测试,结果对比获得2219环件力学性能的最优变形量.结果表明:在时效前添加冷胀形,能降低2219强化相的析出温度;随着冷胀形变形量的增加,力学性能不断增加,但延伸率逐渐降低,当冷胀形变形量达到5％时,力学性能上升趋势较平缓,几乎没有多大的变化;当冷胀形变形量为4％,时效制度为170℃×12h时,2219环件综合力学性能最佳,其抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为440MPa、 353MPa和14％.     

9m级超大直径2219铝合金整体环件的研制

为了满足新一代运载火箭用超大直径2219铝合金整体环件的需求,开展了大规格2219铝合金铸锭锻造和整体环轧工艺技术的研究,成功研制出9 m级超大直径2219铝合金整体环件。针对大规格2219铝合金圆铸锭脆性共晶相的破碎、组织的细化和整体环的圆度控制等技术难题,通过采用优化多向锻造工艺,加大了铸锭的变形程度,有效细化了粗大的铸铁组织、破碎了粗大网状共晶化合物,大大提高了环件的力学性能;通过优化环轧成形工艺,克服了超大直径薄壁铝合金环件整体刚性弱、易产生塑性失稳而丧失整体圆度的难题,实现了超大直径铝合金环件轧制过程中圆度和尺寸的精确控制,以及9 m级超大直径2219铝合金整体环件的"形-性"协同控制。     

2219铝合金异形截面环件轧制的数值模拟

对2219铝合金试样进行了热压缩实验,获得了合金在不同应变速率(0.01～10 s-1)以及温度(350～500℃)下的真应力。根据环件的咬入条件以及塑性锻透条件确定了芯辊进给范围,再根据轧辊之间的几何关系确定了轧制过程中导向辊的位置以及锥辊的位置。将2219铝合金的真应力-真应变结果输入ABAQUS/Explicit有限元软件的材料属性模块中,通过已建立的轧辊控制数学模型编写了VUAMP子程序,各个轧辊通过VUAMP子程序进行了控制,建立了异形截面环件轧制过程的热力耦合有限元模型。分析了异形截面环件轧制过程中环件长大以及等效塑性应变和温度分布的变化规律。     

铝合金锥面筒形环件轧制成形数值模拟与实验研究

铝合金异形截面环件是航天航空和国防装备的重要结构件,铝合金异形截面环件目前多采用自由锻成形或者简化为矩形截面环件后轧制成形,使环件生产周期长、材料利用率低、环件的组织性能差,严重限制了该类环件的应用和发展。针对2A14铝合金锥面筒形环件进行了轧制过程数值模拟和实验研究,提出了形状相似环件毛坯设计方法和锥形环件轧制过程的合理工艺参数范围计算方法,并基于ABAQUS/Explicit平台建立该环件轧制过程的三维热力耦合有限元模型。通过分析毛坯结构对成形环件尺寸误差和变形均匀性的影响,得到了等截面积环件毛坯成形尺寸误差最小的结果。并根据模拟结果进行轧制实验验证,成功轧制出合格的锥面筒形环件。     

2219铝合金环轧过程流变行为及组织演变多尺度数值仿真（英文）

开展2219铝合金环轧过程流变行为和显微组织演变的多尺度数值仿真。提出一种与传统热轧成形不同的新环轧技术，包括两阶段的热轧-温轧变形。结果表明，环件截面的温度、应变和应变速率呈现不均匀分布。边部节点大应变使得其内部晶粒被拉长，随着轧制过程的进行，小角度晶界逐渐转变为大角度晶界，使得再结晶百分数提高。固溶处理将轧制变形中拉长的带状组织转变为等轴晶组织，使材料发生完全静态再结晶。不均匀的温度和应变分布使得截面显微组织分布不均匀。通过环轧工艺试验，分析轧制过程中轧制力和环件几何尺寸变化规律。采用提出的新工艺，环件各方向力学性能和各向同性显著提升，尤其是伸长率提升显著。     

胀形法消减铝合金环形件淬火残余应力研究

针对铝合金淬火残余应力突出的问题,研究了消减铝合金环形件淬火残余应力的方法即胀形法。该方法通过液压胀形机对环形件施加胀形力,使得环形件产生拉伸的效果。采用ABAQUS有限元软件对2219铝合金环形件淬火残余应力及胀形法进行有限元模拟。进行胀形法消减铝合金环形件淬火残余应力工艺试验,采用压痕应变法对环形件的残余应力进行测试。研究结果表明:该环形件淬火残余应力很大,最大值超过300MPa;胀形法可有效消减淬火残余应力,当胀形量为3%时,残余应力幅值降至40MPa以内;试验结果与模拟结果一致。     

大型2219铝合金铸锭多向镦拔工艺

针对长征五号运载火箭用大型2219铝合金过渡环在铸锭多向镦拔开坯工序中常出现的坯料内外温差大和变形不均匀等问题,探究了不同镦拔次数的多向镦拔工艺方案对中间坯料温度和应变分布均匀性的影响.基于Deform-3D平台建立了三维热-力耦合有限元分析模型,以探求合理的大型2219铝合金铸锭的多向镦拔工艺.对6种多向镦拔工艺方案...     

铝合金方环件压缩变形规律及机理

为了揭示锻件预制坯中方环件压缩变形的机理,采用有限元模拟及试验,对7075铝合金方环件压缩过程进行分析,研究工艺条件对方环件压缩变形流动行为的影响规律。结果表明:随着方环件高度的增大,压缩变形不均匀性明显增大,金属沿径向外流量显著增多,且压缩变形后金属变形行为的复杂程度也随之增大。通过工艺实验进行了验证,所得与模拟结果吻合较好,为复杂锻件预制坯工艺的制定提供了理论依据。     

铝合金管材超低温介质压力胀形行为

针对铝合金复杂异形管件常温成形易开裂的难题,利用铝合金在超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出了铝合金异形管件超低温介质压力成形方法。通过建立管材超低温介质压力胀形装置,测试了6061铝合金管材在液氮温度(-196℃)条件下的胀形性能;结合数值模拟,分析了铝合金管材在超低温条件下的自由胀形行为。结果表明:铝合金管材在超低温(-196℃)条件下,胀形性能显著提高,膨胀率由常温下的17.4%增加至34.5%,提高了近1倍;超低温下铝合金管材的硬化能力同样提高,变形更均匀;相同变形阶段,随着硬化指数n值的增加,自由胀形变形区的极限应变和应变梯度均逐渐降低。     

大型铝合金航空模锻件局部加载成形工艺研究

提出了超大规格铝合金航空模锻件局部加裁成形工艺方案,利用三维有限元软件Deform-3D对锻件分段局部加载成形载荷、两道次之间变形量分配、变形均匀性进行了仿真分析.结果表明:大型锻件局部等温加载工艺可有效降低成形载荷,最大锻造压力均可控制在300MN以内,局部加载2个道次较适合超大规格航空模锻件生产;各道次成形过程锻件温度场均匀,平均等效应变值达到3.6,锻件变形充分;第1道次变形量为40％时锻件等效应力分布最均匀,上模所受侧移力最小;总变形量为55％、第一道次取40％,第2道次取15％时是该锻件等温局部加载最优变形工艺.     

基于正交实验的H型截面铝合金锻件多目标成形优化

为了提高H型截面铝合金锻件的变形均匀性,减少流线折断等缺陷,采用正交实验法确定实验方案,采用DEFORM-2D数值模拟软件对方案进行仿真模拟。以锻件最后的充填性,变形均匀性和纤维折断为多目标评价标准,分别研究设计因素对成形目标影响的主次顺序,并通过综合平衡法得到了工艺参数的最佳水平组合,以此进行有限元模拟验证。验证结果表明,该优化方法能够获得满足质量要求的H型截面铝合金锻件。     

高温合金机匣锻件改进研究

机匣类零件是航空发动机的重要部件,其使用稳定性直接关系到发动机的服役安全性与可靠性,锻件的组织均匀性对机匣使用稳定性影响较大,锻件组织得到均匀控制,就提升了机匣的使用稳定性。本文以某GH738机匣锻件为例,一般采用环形锻件,分析了锻件存在的问题,针对锻件结构通过数值仿真优化锻件结构,针对锻件工艺开展试样级的改进试验研究,优化锻件工艺后制造出机匣锻件,锻件力学性能合格,对锻件的高倍组织和残余应力进行评估,锻件组织均匀性较好。     

胀形对TC4合金环锻件残余应力及分布的影响

对TC4合金辗轧环锻件残余应力进行了测试,分析了胀形技术对TC4合金辗轧环锻件残余应力及分布的影响。结果表明,采用绘制雷达图的方式可对环形件残余应力大小和分布均匀性进行有效表征和分析,采用胀形技术可实现辗轧环件的残余应力调控。现有辗轧及胀形工艺下,TC4合金环件表面残余应力均为残余压应力,且在-50~-150MPa范围内波动;残余应力分布雷达图存在“尖角”,胀形后“尖角”趋于平缓;经胀形处理后环件残余应力均值略有降低,周向应力较轴/径向应力的降幅更加显著,内环面与上端面周向应力经胀形后应力均值降幅分别达24.8%与20.2%;经胀形处理后环件残余应力均匀性整体有所提高;仅下端面周向应力大小及分布均匀性改善效果不明显。     

异形截面环件轧制过程的三维有限元分析

本文采用三维刚塑性有限元数值方法对斜辊面轧型中轧制异形截面环件进行了模拟，结果表明，与轧制矩形截面环件相比，异形截面环件轧制具有不同的金属流动特点及应力应变分布规律。所得结果对环件轧制工艺计具有一定参考价值。     

高筋铝合金航空接头锻件成形工艺研究

采用Deform-3D有限元软件对高筋铝合金航空接头锻件锻压成形工艺进行了仿真分析,获得了成形良好、应变分布均匀的最佳预锻件形状.在实验室压机上开展了缩比锻件的成形工艺实验,研究结果表明:优化的预锻件在模腔中的流动性提高、锻件充填完好、变形均匀、应力应变集中降低,所得锻件流线顺畅、晶粒细小、纤维组织明显、力学性能优良,避免了锻造缺陷;仿真与实验结果吻合,为航空接头锻件设计及成形工艺提供了依据.     

基于响应面法的弧形铝合金锻件锻造工艺的多目标优化

为了获得优化的锻造成形工艺参数,提出了基于响应面法的工艺参数多目标优化策略。以大型弧形锻件的应变均匀性和锻造变形力作为评价指标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的分析模型。回归模型拟合度达87.58%,工艺参数的最佳组合为飞边槽高度5.682 mm、锻造速度7.25 mm/s、摩擦系数0.21。采用优化的工艺参数能使应变均匀性有很大的改善,并有效地降低了锻件变形力。     

异形截面环件轧制过程的三维有限元分析

本文采用三维刚塑性有限元数值方法对斜辊面孔型中轧制异形截面环件进行了模拟。结果表明，与轧制矩形截面环件相比，异形截面坏件轧制具有不同的金属流动特点及应力应变分布规律。所得结果对环件轧制工艺设计具有一定参考价值。