TC18钛合金模锻件锻造成形工艺仿真

采用Deform-3D有限元软件对TC18钛合金模锻件锻造成形过程进行了数值模拟仿真,研究比较了锤锻和液压机模锻两种成形方式的不同.研究结果表明:TC18钛合金模锻件锤锻变形时过热倾向更加明显,锤锻锻件的最高温度比液压机模锻高70℃左右,必须严格控制锻造过程中的温升;锤锻的有效应力分布很不均匀,锤锻锻件的平均有效应力比液压机模锻大30MPa左右,并且存在严重的应力集中区域,而液压机模锻的有效应力变化较为平缓;相比液压机模锻,锤锻锻件的最大和最小有效应变的差值减小了26％,锤锻锻件的变形均匀性得到了改善.     

TC6钛合金卡环锤锻过程模具受力的有限元分析

在TC6钛合金卡环的高温锤锻过程中,模具承受非常大的应力。本文采用刚粘塑性有限元法模拟了TC6钛合金卡环的高温锤锻过程,给出了变形过程金属的流动情况、锻造载荷以及不同时刻模具的应力分布。模拟结果可以为该零件的成形工艺和模具设计提供参考。     

汽车离合器盘毂温精锻工艺的数值模拟和实验研究

针对汽车离合器盘毂齿形成形困难的特点,基于闭塞式锻造提出了完整的成形工艺方案。使用Deform-3D模拟软件分析了锻件的始锻温度、连皮厚度及位置对锻件成形时的最大等效应力、最大损伤因子、最大成形载荷的影响。通过数值模拟确定了最佳锻造温度、最佳连皮厚度及位置。模拟结果得到了实验验证。     

大型钛合金航空结构件锻造模具设计与工艺研究

对于大型钛合金航空构件,锻造成形工艺是应用最广泛并且最为可靠的成形方法。主要用有限元模拟与试验分析的方法研究了TA15大型钛合金整框模锻件的成形过程,并系统分析了合金在模具型腔内的流动规律和变形机理,获得了模具结构参数和工艺参数对锻造成形过程的影响规律。通过分析提出了优化设计方案,经过对比试验后发现,优化后的模具能有效解决使用初始模具所锻锻件的锻后开裂的问题,锻件质量有明显的改善。     

半轴锥齿轮温精锻工艺的数值模拟和实验研究

针对半轴锥齿轮的齿形难以成形的特点,提出了一套基于闭塞式锻造成形的工艺方案.利用数值模拟软件DEFORM-3D,分析了始锻温度对最大成形载荷的影响规律,连皮厚度、连皮位置对齿轮成形时的最大应力、最大损伤因子、最大成形载荷的影响规律.通过数值分析得到了有效确保应力最小、损伤因子最小、成形载荷适当的工艺参数,并将成形力控制在7.6MN以内.研究内容最终得到了实验验证.     

TC4钛合金鼓筒锻件锻造模拟及组织预测

采用刚塑性有限元方法和DEFORM-2D软件对TC4钛合金鼓筒锻件锻造过程和等轴初生α相的分布情况进行数值模拟,比较对击锤锻造和液压机锻造2种工艺下的温度场及应变分布情况。模拟结果表明：对击锤锻造易产生类似切削的缺陷,通过设计合适的坯料内侧倾角可以显著改善缺陷形成;液压机锻造成形后的锻件温度分布、应变分布和组织均较为均匀,不易产生锻造缺陷,是TC4钛合金鼓筒锻件成形的较优方式。液压机锻造的TC4钛合金锻件中等轴初生α相含量由心部到边缘逐渐增大,经组织验证,其等轴初生α相分布基本符合模拟云图。     

5A06铝合金复杂盒形件等温锻造工艺研究

针对5A06铝合金复杂盒型件,利用有限元分析软件Deform,确定了先预成形后终成形的等温锻造成形工艺方案。并通过逆向补偿方法设计了预成形及终成形模具。在20 MN锻压机上,先将铝合金板材预锻成预制坯,然后再等温终锻。等温锻造工艺中,模具温度为(450±10)℃,5A06铝合金预制坯温度为(465±10)℃,成形时最大挤压力为14000 k N。等温锻造试验表明;Deform有限元分析对等温锻造成形工艺研究具有较强的指导意义,采用先预成形后终锻成形工艺能大大提高锻件成形质量;此外,5A06铝合金等温锻造盒型件相较于机械加工盒型件,抗拉强度Rm提高到350 MPa,伸长率A提高到25%。     

奔驰重卡转向节挤压锻造复合工艺的有限元分析

奔驰重型卡车的转向节挤压锻造工艺，分为镦粗、挤压、预锻和终锻4个工步。针对汽车转向节的挤压锻造进行的有限元分析。模拟软件采用Deform 3D，锻件采用刚塑性材料模型，成形过程看作为等温成形。报告给出了毛坯形状和尺寸、锻件形状变化，成形等效应变分布以及载荷——行程曲线等。实验表明，模拟结果和实际成形过程吻合良好。     

大型船用柴油机连杆晶粒细化锻造工艺

通过锻造工艺仿真分析的方法,以数值模拟来代替实物试验,解决了锻压过程中遇到的问题,降低了报废率,使锻件心部晶粒度达到设计要求,从而提高了连杆的疲劳寿命。采用锻造模拟软件Forge,对连杆锻造工艺进行数值模拟研究。采用平砧锻造,两火成形。通过对锻造比及始锻温度的调整,进行工艺优化研究。改进后的工艺为:第1火始锻温度为1100℃,A区锻造比约为1. 29,B、C、D区锻造比约为1. 38;第2火始锻温度为950℃,这与常规的两火始锻温度均在1200℃以上有着本质的区别,A区锻造比约为1. 35,B、C、D区锻造比约为1. 32。锻后冷却至室温,锻件室温心部晶粒度约为8级。最终,实现了连杆锻件心部晶粒度由4级细化到8级以上的设计目标,并用工艺试验进行了验证。     

基于DEFORM 3D的凸轮等温锻造工艺数值模拟

运用有限元分析软件对汽车装配式凸轮等温锻造过程进行了数值模拟,计算得到了凸轮在有、无预成形条件下等温锻造过程中的载荷行程曲线、塑性应变、损伤值。结果表明:凸轮最大塑性应变出现在内孔底侧,最大损伤值出现在凸轮外轮廓线附近;预变形可减小等温锻造的成形载荷,改善其塑性应变,减小其损伤值及损伤区域,提高锻件质量和延长模具寿命。     

TA15钛合金激光表面重熔快速凝固晶粒异常粗化

研究了热轧退火近aTA15钛合金激光表面重熔快速凝固组织及激光扫描速度对快速凝固组织的影响.结果发现:无论激光扫描速度如何加快,采用激光表面重熔快速凝固技术都不能细化TA15钛合金重熔区晶粒组织,TA15钛合金激光表面重熔区快速凝固β晶粒组织"异常"粗化,重熔区中β晶粒尺度分别是原始基材中a晶粒的10～20倍和β晶粒的32～62倍.分析表明,TA15钛合金激光表面重熔熔池的快速凝固是一个以熔池底部热影响区项部与熔体接触的未熔母材β晶粒为衬底的直接外延生长(无形核)过程,因此热影响区顶部与熔体接触的未熔母材β晶粒大小决定了重熔区快速凝固β晶粒的大小.激光加热表面重熔熔池形成过程中,熔池底部与熔体接触的未熔母材β晶粒在短时超高温作用下发生了严重长大,是导致钛合金激光表面重熔区β晶粒组织"异常"粗化的直接原因.     

TA2钛合金真空感应碳氮共渗组织及耐磨损和耐腐蚀性能

通过真空感应碳氮共渗技术对纯钛合金(TA2)在900 ℃下进行表面改性处理,并研究了经过碳氮共渗处理后TA2钛合金表面强化层的组织结构、耐磨损及腐蚀性能。结果表明:经900 ℃碳氮共渗处理后,TA2钛合金表面生成了一层以C_0.3N_0.7Ti为主的复合层;表层的显微硬度高达2236 HV0.25,相较于未经碳氮共渗处理的试样提高了约4.4倍;碳氮共渗后试样表现出典型的氧化轻微磨损特征。在模拟体液(SBF)溶液中,碳氮共渗TA2钛合金试样的腐蚀电位向正移动,自腐蚀电流密度明显降低,耐蚀性提高。     

TA15钛合金的超塑性研究及组织变化

采用应变速率循环法(基于时间间隔)研究了TA15钛合金的超塑性拉伸变形行为及组织变化规律.结果表明,在变形温度分别为850、900、950℃,应变速率范围为5×10~(-6)～5×10~(-4)S~(-1)的实验条件下,TA15具有良好的超塑性.在超塑性拉伸过程中,试样变形区将发生动态再结晶,使原始条状初生α相破碎、细化和等轴化,有利于超塑性的提高.在最佳超塑性条件下(900℃),两相等轴状较多且比例非常接近,α相数量相比拉伸前试样有所减少,初生α相大小及分布较均匀,但点状α相有一定的长大,β相有少许的合并长大.     

TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形微观组织演化研究

基于DEFORM-3D有限元平台建立了TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形过程的有限元模型,研究了成形参数对预锻成形过程中变形体组织演化和等轴α相晶粒尺寸的影响规律。结果表明:随着变形的进行,等轴α相晶粒发生细化;在950～980℃范围内变形时,随着变形温度的升高,初生α相晶粒尺寸逐渐增大,在980℃条件下变形时,预锻件整体范围内晶粒尺寸波动较大;随着变形速率的增加,初生α相晶粒尺寸减小;在0.5和1.0mm/s条件下成形时,温度对晶粒尺寸影响比较小,而在0.1mm/s条件下变形时,随着温度的升高,晶粒长大比较严重;随摩擦因子的增大,平均晶粒尺寸有所减小,整个锻件晶粒尺寸分布的不均匀性增加。     

TA15合金高温本构方程的研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上对TA15合金进行了恒应变速率热压缩变形实验,在变形温度为850℃~1030℃、应变速率为1.0s-1~0.0001s-1范围内,测得了应力-应变曲线。以经典的双曲正弦形式的模型为基础,采用线性回归方法建立了TA15合金的高温本构关系,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、应变激活能Q等数值,为TA15合金锻造过程的数值模拟提供了基础。     

退火温度对TA31钛合金大口径无缝管组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)钛合金圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出ø178 mm×12 mm大口径无缝管,研究了不同退火温度(800、850、900、950 ℃)对TA31钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明:轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和原始β相晶界组成;退火处理后,片层状初生α相减少,原始β相晶界消失,组织逐渐均匀化,但当退火温度超过900 ℃后,α相集束粗化并转变为网篮组织;随退火温度的升高,抗拉强度与屈服强度先略微降低后缓慢增大,而伸长率呈先增大后减小趋势,断口形貌由韧性+准解理混合型断裂逐渐变为韧性断裂再转变为韧性+准解理混合型断裂。综合分析认为,短流程制备的TA31钛合金大口径无缝管适宜退火温度为900 ℃左右,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为873 MPa、785 MPa和12.8%。     

TA32钛合金板成形性能与电磁辅助弯曲成形实验研究

由于TA32钛合金板室温成形性差、精度难以保证,开展了电磁辅助弯曲成形方法的实验研究,通过拉伸和电磁成形实验探究了TA32钛合金的力学性能和成形性能,获得了TA32钛合金板在准静态和动态拉伸下的应力、应变关系,给出了在电磁成形状态下的成形极限应变,阐明了电磁成形作用下的TA32钛合金的增塑机制。采用匀压式电磁辅助弯曲成形的方法对TA32钛合金板开展实验研究,结果表明:电磁辅助弯曲成形方法能够有效地提高弯曲件的成形精度,并且在一定条件下,放电能量越高,贴模效果越好、成形精度越高。带压紧翼的弯曲件的变形区外层过度伸长而产生减薄并开裂,不带压紧翼的弯曲件通过合理地控制放电电压能够获得较好的成形效果。     

TA15合金高低温恒应变速率拉伸变形行为对比研究

为进一步研究钛合金超塑性变形行为,对TA15合金在变形温度700~900 ℃、应变速率1×10?2~1×10?4 s?1条件下进行恒应变速率拉伸实验,对比不同温度、不同应变速率下合金的变形行为。结果表明:TA15合金在初生等轴α相平均尺寸15 μm的条件下,拉伸试样的伸长率为73.3%~250.0%;在850 ℃、1×10?4 s?1变形条件下,试样伸长率最高;在700~750 ℃下,合金表现出的峰值应力较大;在750 ℃、1×10?4 s?1变形条件下,试样伸长率为183.3%。合金试样仅在高温及低应变速率条件下出现稳态流变阶段,该阶段持续时间越长,合金的伸长率越高。变形后的TA15合金组织均发生不同程度的长大,经高温、低应变速率的变形,试样组织粗化现象最为明显。     

近α型、(α+β)型和近β型钛合金的高温力学性能

研究了近α型TA15和Ti60、(α＋β)型TC21和近β型TB17钛合金在100、400、500、600、650和700 ℃时的高温力学性能。结果表明,温度在100~500 ℃时,TB17合金的高温强度最高,TA15合金的高温强度最低,TC21合金的高温强度高于Ti60合金;当温度超过600 ℃后,TB17合金的高温性能变化幅度最大,强度最低,Ti60合金的变化幅度最小,强度最高,TC21合金的强度介于TA15与Ti60合金之间,并逐渐与TA15合金接近;当温度在100 ℃时,4种合金应变硬化和应变软化作用相当,应力-应变曲线处于较为平衡的状态;当温度在400 ℃时,TB17合金变形以应变软化为主,应力随着应变增加显著降低;当温度在600 ℃时,TC21和TA15合金变形也开始以应变软化为主,但TA15合金应力的下降幅度低于TC21合金;直到温度在650 ℃时,Ti60合金变形才以应变软化为主。     

Shape controlling and property optimization of TA32 titanium alloy thin-walled part prepared by hot forming

The hot flow behaviors, microstructure evolution and fractographs were studied to optimize the hot forming process of the TA32 titanium alloy thin-walled part. A set of microstructure-based constitutive equations were developed based on the experimental data, which described the relationships among the hot flow stresses and the evolution of phase volume fraction, dislocation density, grain size and damage. The constitutive model was imported into ABAQUS 6.14 to simulate the hot forming process for a typical thin-walled part. The effective strain, dislocation density and damage distribution as well as forming defects of formed parts under different process parameters were predicted. A qualified part without wrinkling and fracture defects was produced at a loading speed of 5 mm/s at 800 °C by the modified blank shape, where the maximum damage value was only 18.3%. The accuracy of constitutive model and finite element (FE) simulation was verified by the microhardness tests, which indicates that the FE model based on physical internal-state variables can well optimize the hot forming process of TA32 titanium alloy complex parts.