搅拌摩擦焊接Ti-6Al-4V钛合金晶粒生长的数值模拟

基于DEFORM-3D有限元软件建立Ti-6Al-4V钛合金工件的搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合模型,提取工件温度场基于蒙特卡洛法模拟焊后工件截面的晶粒尺寸及各相体积分数的分布规律。搅拌区晶粒受摩擦搅拌作用破碎至细小晶粒为初始生长状态。结果表明:热影响区晶粒在母材尺寸上继续生长,Ti-6Al-4V钛合金不发生相变;搅拌区温度升高时晶粒会转变为β相,下降时会在β相晶粒边界析出α相,且α相粒子向β相粒子内部生长并长大,较高冷却速度下α相向β相晶粒内部生长为针状。     

搅拌摩擦焊接过程塑性流动形态与试验分析

使用FLUENT流体工程仿真软件对搅拌摩擦焊缝金属的塑性流动进行数值模拟,初步得出搅拌摩擦焊焊缝塑性流体流动规律,并进行试验分析与验证。试验结果表明:随着距轴肩和搅拌针距离的增大,速度场开始减弱,焊缝金属由顶面向底面、由搅拌区向旋转区的流动也随之减弱;水平方向计算结果与试验结果基本吻合。搅拌工具旋转速度是影响接头成型形貌的关键原因之一,速度过低有可能会导致隧道型孔洞缺陷。     

AZ31/LA141搅拌摩擦搭接焊工艺及性能研究

借助体视镜、光学显微镜、万能试验机和维氏显微硬度计探究不同旋转速度对AZ31/LA141异种材料搅拌摩擦搭接焊接头组织、显微硬度和剪切性能的影响。结果表明：当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1 400～1 800 r/min时,焊缝质量良好,无明显缺陷。同一焊接参数下,上层AZ31和下层LA141的前进侧热影响区晶粒尺寸均大于后退侧,而前进侧热机影响区晶粒尺寸的变化趋势小于后退侧。前进侧热机影响区晶粒尺寸随旋转速度的增加而增加。当旋转速度增大时,上层AZ31和下层LA141的显微硬度均增大,焊核区的显微硬度最大值为68.2HV。搅拌摩擦搭接焊接头的拉剪力先增后减,当焊接速度为0.1 m/min,旋转速度为1 600 r/min时,拉剪力达到最大值2 313.5 N。     

冷却速度对AZ31镁合金搅拌摩擦点焊接头组织性能的影响

采用空冷、水冷、液氮冷却和液氮/水混合冷却的方法,研究不同表面冷却方式对AZ31镁合金搅拌摩擦点焊接头组织性能的影响。结果表明:随着搅拌摩擦点焊接头表面冷却速度的增加,材料的流动性减弱,钩形曲线的宽度逐渐减小;水冷条件下的搅拌摩擦点焊接头虽然焊核区和热影响区晶粒细小,但热机械影响区部分晶粒长大,而液氮/水冷条件下焊点各区域晶粒都非常细小。液氮/水冷条件下的搅拌摩擦点焊接头综合力学性能最佳。     

搅拌摩擦焊接中材料变形及残余应力分析

采用数值模拟手段,分析了在搅拌摩擦焊接过程中不同材料的变形情况及其残余应力的分布,研究了材料变形与残余应力之间的关系,并建立了异种金属搅拌摩擦焊接的模型。研究结果表明,搅拌摩擦焊接过程中材料的流动主要集中在焊接构件的后退侧,且在搅拌摩擦焊接过程中铝合金较钢表现出更好的流动性能。残余应力分布呈现典型的双峰特征,残余应力的最大值发生在热影响区的边界。拉伸残余应力较大的区域与等效塑性应变较大的区域具有较好的对应关系。异种金属焊接会增大焊接构件搅拌区内较软材料一侧的残余应力。     

微尺度下晶粒尺寸效应对轧制变形行为的影响

应用ABAQUS软件建立基于晶粒异质性的微轧制有限元模型,研究晶粒尺寸效应对微轧制变形行为的影响规律。结果显示:随着晶粒尺寸的增大,轧件边部不均匀变形增加,等效应变极大值增加,等效应变分布变得更加不均匀;轧件变形不均匀性增加,材料的塑性变得不稳定;轧制力和轧制力矩的不稳定性同时增加。     

Mg-Al-Zn-Nd稀土镁合金热压缩动态再结晶的研究

采用Gleeble-1500D热模拟机对Mg-Al-Zn-Nd稀土镁合金的变形规律及动态再结晶行为进行研究。结果表明:合金的流变应力随应变速率的增大而增加,随温度的升高而降低;变形量对应力-应变关系的影响很小;变形过程中发生动态再结晶,随变形程度的增加,动态再结晶晶粒不断增多,材料呈现明显的软化趋势,流动应力下降。当动态再结晶过程完成以后,继续变形,材料又出现硬化行为;并且动态再结晶平均晶粒尺寸的自然对数与Zener-Hollomon参数的自然对数呈线性关系。根据实验分析,合金适宜的热加工条件为:变形温度400～450℃,应变速率0.1～5s-1。     

国外铜药型罩材料动态特性研究

通过对国外文献资料的分析,介绍了铜药型罩材料在不同试验方法,试验温度。变形方式、应变率、应变量、材料纯度、材料原始状态、晶粒尺寸等条件下的动态应力应变行为,并简要介绍了几种材料结构模型。     

搅拌头结构形状对焊缝性能影响的研究

搅拌头是搅拌摩擦焊的关键技术。采用圆柱形搅拌头,进行铝合金薄板对接搅拌摩擦焊工艺试验。试验过程中,通过改变搅拌头肩部及搅拌针的尺寸,分析其对焊接过程及焊缝质量的影响。结果表明:对于厚度为3 mm的铝合金板材,当采用搅拌针直径为3 mm、肩部直径为9 mm的圆柱形搅拌头施焊,在合理的焊接工艺参数下施焊,可获得质量良好的焊接接头。     

Al/Al_2O_(3P)金属基复合材料的静动态压缩性能及损伤分析

用气压浸渗工艺制备了体积分数 4 0 %～ 5 0 %Al2 O3 颗粒增强铝基复合材料 ,使用了四种不同尺寸的Al2 O3颗粒 ,其平均粒径分别为 5、10、30和 6 0 μm。测定了这些复合材料的静、动态压缩性能 ,并通过材料压缩前后密度变化的测量 ,定量表征了材料的累计损伤。结果表明 ,与基体材料相似 ,这些复合材料表现了明显的应变率敏感性 ;当增强颗粒平均粒径小于 6 0 μm时 ,材料的累计损伤基本与应变率无关 ,主要取决于材料的应变。材料中颗粒的破裂主要是由颗粒间的作用引起的。较小尺寸颗粒增强的复合材料具有较高的流动应力和较小的累计损伤 ,并随着颗粒体积分数的增加 ,材料的流动应力和损伤率都相应增加。     

某型柴油机活塞销轴承磨损分析及表面型线设计

针对某型柴油机活塞销轴承初始设计方案在试验中出现的磨损问题,开展了活塞换热分析及活塞温度场仿真与试验对标。在此基础上进行热机耦合变形分析,发现活塞销轴承变形不协调是导致此类问题的主要原因。针对活塞销孔轴承进行热机状态型线匹配分析,开展了活塞销孔轴承热机耦合状态下的型线优化设计,通过仿真及试验验证了该型线优化方案的有效性。分析了桶形型线、指数型线及超椭圆型线对连杆小头衬套轴承载荷分布状态的影响,3种型线对比结果表明,指数型线和超椭圆型线可有效地改善连杆小头轴承载荷分布状态。     

新型油井管钢33Mn2V穿管过程动态再结晶晶粒变化的二维数值模拟

利用有限元软件Marc/AutoForge3.1并采用二维热力耦合的刚塑性有限元法,研究新型油井管用钢33M2V穿管过程中管件内部动态再结晶晶粒尺寸的变化及分布情况。模拟时考虑工件与轧辊之间的接触热传导、工件的热辐射、对流散热以及工件的变形热,并对该热力耦合过程进行计算。模拟结果表明:荒管管壁的动态再结晶晶粒尺寸在穿管过程中是时刻变化的,而且是在一个基准范围内变化的,这个基准的动态再结晶晶粒尺寸应最终成为荒管管壁内的基本动态再结晶晶粒尺寸。     

LLM-105在二甲基亚砜中的结晶介稳区研究

为改善2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的晶体形貌,控制LLM-105的晶体粒度,利用CrystalSCAN多通道结晶仪,采用浊度法测定了LLM-105在二甲基亚砜(DMSO)中的介稳区宽度。研究了初始浓度、搅拌速率和降温速率对介稳区宽度的影响。根据经典成核理论,计算了受降温速率影响的成核级数。结果表明,在降温结晶过程中,LLM-105在DMSO中的介稳区宽度随初始浓度,搅拌速度的增加而变窄,随着降温速率的增加而变宽。得到的最佳结晶条件为:初始浓度0.0700 g·mL~(-1),搅拌速率390 r·min~(-1),降温速率1.0℃·min~(-1)。当初始浓度从0.0670 g·mL~(-1)增至0.0750 g·mL~(-1)时成核级数从1.825升高到2.5747。在最佳结晶条件下,添加2.5 g粒度为4μm的LLM-105晶种于DMSO-LLM-105溶液中,可获得表面光滑、形貌规则、粒度(60μm)可控的高品质LLM-105柱状颗粒。     

我国微米级超细晶粒钢焊接技术的研究现状

介绍了微米级超细晶粒钢的主要特点及其焊接性试验研究。微米级超细晶粒钢的焊接问题主要表现为焊接热影响区(HAZ)的脆化和局部软化,严重影响了焊接接头与母材性能的匹配。采用低热输入的焊接方法,可以适当减小焊接HAZ宽度,并避免焊接热影响粗晶区的晶粒过度长大;焊接热循环参数对其焊接接头的性能具有重要影响。向焊缝中添加稳定的第二相粒子,可促进针状铁素体组织的形成,有利于改善焊接接头的组织及性能,提高焊缝的强度和韧性。     

单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析

为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题,采用有限元法和光滑粒子流体动力学（SPH）法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼（CBN）磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理,并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响;采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验,结果表明：磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑;磨刃前角增大,剪切角随之增大,导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大,磨损速率较快,易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。     

运载火箭减载缓释机构缓释特性分析

为了提高发射可靠性,未来的运载火箭拟采用牵制释放系统.以一种新型强制式牵制释放系统为例,应用结构分析软件MSC/Marc建立了分析该系统中减载缓释机构缓释特性的有限元模型.计算结果表明:缓释销选用应变率无关型材料时,该机构的缓释力-行程曲线受火箭起飞速度等因素的影响较小,运载火箭的缓释行程以及缓释力-行程曲线可由减载缓释机构的设计来准确的控制.该机构对机械加工精度的要求不苛刻,易于加工.在选择缓释销的材料时应注意缓释过程中销内部可能出现的中心破裂.     

冷却介质对搅拌摩擦焊接铝合金焊核区组织性能影响

分别在空气和循环水冷条件下对2024-T4铝合金板进行搅拌摩擦焊接,研究水冷介质对FSW接头焊核区组织性能的影响。结果表明,循环水冷具有明显的瞬时快冷作用,水冷介质下FSW可以显著细化晶粒,焊核区的平均晶粒尺寸达到700 nm。沉淀强化对焊核区显微硬度起到主要作用,细晶强化作用较弱。水冷介质减弱了FSW接头的热软化效应,细化晶粒,抑制析出相的聚集长大,从而改善接头的组织性能。     

H65铜合金搅拌摩擦焊接工艺研究

对H65黄铜搅拌摩擦焊接工艺进行研究,对其焊缝成形、接头微观组织和力学性能进行分析。研究结果表明,黄铜具有良好的搅拌摩擦焊接性能。接头组织分为焊核区、热机械影响区、热影响区和母材区。焊核区金属发生动态再结晶,组织显著细化。随着旋转速度的增大,焊接速度的减小,焊接接头的硬度值降低。接头的抗拉强度比母材低,但比熔化焊得到的接头性能要高,最高强度为母材的90.1%。