铝合金锻造开坯变形均匀性数值模拟与实验验证北大核心CSCD

锻造开坯变形均匀性是影响锻件质量的重要因素。以2A14铝合金为研究对象,利用Deform-3D有限元软件对锻坯应变场进行模拟,通过引入平均等效应变ε_(ave)、变形均匀系数a,结合晶粒形貌观察和拉伸力学性能测试,对“单向镦粗”和“多向镦粗”两种锻造开坯工艺的变形均匀性进行定量和定性分析。研究结果表明:“多向镦粗”锻造开坯工艺的变形均匀性较“单向镦粗”锻造开坯工艺好,且锻造累积应变量越大,变形均匀性越好,力学性能各向异性越弱。2A14铝合金在多向镦粗锻造开坯过程中,随着累积应变量的增加,晶粒细化机制由晶粒破碎机制逐渐转变为连续动态再结晶机制。     

Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金多向自由锻数值模拟与实验研究

采用数值模拟和实验研究的方法对Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金厚板锻件三镦两拔展宽和四镦三拔展宽的多向自由锻工艺及其组织性能进行了研究。该合金多向锻造工艺过程的数值模拟和实验研究结果表明,在锻造工艺四镦三拔比三镦两拔总锻比大4.52的条件下,锻件内的等效应变值增大了约3.80～4.00;锻态组织中的第二相更加细碎化和弥散化;热处理的晶粒组织更细小且分布更均匀;锻件性能略优,且3个方向上性能值更接近。     

铸态30Cr2Ni4MOV钢制坯过程锻透性分析

通过对铸态30Cr2Ni4MoV钢动态再结晶状态图进行分析,利用应变值来表征锻透。当应变值为0．7时,钢锭发生完全动态再结晶,说明钢锭已经锻透。利用Deform模拟软件对制坯过程进行模拟,并结合缩比实验,发现当钢锭进行两镦一拔和两镦两拔时,钢锭各部位都已锻透,但两镦两拔的晶粒均匀度优于两镦一拔。     

GH4065A镍基高温合金多道次压缩变形组织演变规律

使用不同应变速率、不同应变量的阶段式降温工艺对GH4065A镍基高温合金在多道次压缩变形过程中的组织演变进行研究。结果显示：通过两道次各50%的压缩量即累积75%的工程应变量可以获得与相同温度、相同应变速率下单道次70%工程应变量接近的完全再结晶且晶粒细小的组织，即累积真应变达到1.39以上。每道次低于50%的工程应变量易产生未完全再结晶的“项链组织”或导致晶粒粗大。通过Deform模拟的直径为Φ508 mm的铸锭开坯过程显示，设置的变形工艺可实现在两镦两拔的情况下，使坯料中心部位的累积等效应变达到1.39以上，组织完全再结晶，而两端部分还有部分累积等效应变未能达到1.39,需要第3火次的变形以实现完全再结晶。变形过程中的晶粒粗大问题需要通过调节γ′相的析出来控制。     

轴承套圈用钢42CrMo的热变形行为

通过热模拟实验与组织观察,研究了盾构机轴承套圈用钢42CrMo在热变形中的动态再结晶行为以及锻造镦粗过程道次压下量对组织精细化与均匀化的影响。结合动态再结晶规律,对锻造镦粗过程中的不同压下规程下的组织进行预测,得到在实验条件下:当单道次变形量为1 mm和2 mm时,变形过程中未发生动态再结晶而发生静态再结晶时,晶粒细化不明显,道次压下量越大,变形组织越细小;当单道次变形量为4 mm和8 mm时发生动态再结晶后,变形组织明显细小,但由于处于部分再结晶区,组织存在混晶现象。实验结果有效地验证了预测的准确性。因此,为了使镦粗过程发生动态再结晶以获得均匀细小的组织,在单道次变形量为40%条件下,应提高镦粗锻造温度到1100℃以上;在镦粗锻造温度为1050℃条件下,应加大单道次变形量到52.7%以上。     

变形温度与应变速率对汽车用AA6014铝合金显微组织的影响

采用Gleeble-3500热模拟机对T4态AA6014铝合金板进行变形温度440～560℃、应变速率0.01～10 s~(-1)的热变形实验。研究了变形条件对AA6014铝合金显微组织的影响。结果表明:变形温度440、480℃的AA6014合金组织没有发生动态再结晶,组织中晶界模糊,有明显带状拉长晶粒,比原始组织粗大。变形温度520、560℃的AA6014合金动态再结晶组织明显,晶界清晰,晶粒基本为等轴状,560℃试样再结晶组织更为粗大,发生粗化。AA6014合金在变形温度520℃,随着应变速率的增大,再结晶晶粒越来越大,晶粒越来越不均匀;应变速率0.01 s~(-1)下动态再结晶晶粒细小均匀,效果最佳。     

In718合金高温锻造数值模拟与试验研究

利用MSC．SuperForm有限元分析软件对In718合金镦粗过程进行三维数值模拟和试验研究．分析了不同温度、摩擦和变形速率条件下等效应力-应变分布和载荷曲线。通过热模拟试验研究了In718合金不同条件下的真应力-应变曲线和微观组织。结果表明：镦粗变形分为三个变形区域，摩擦增加了变形的不均匀性和塑性变形抗力：高温锻造过程中，In718合金在基体边界上发生了动态再结晶，再结晶晶粒细小，动态再结晶进行程度随着工艺条件的不同而不同；In718合金比较合适的锻造温度为1010-1040℃之间，变形速率为0．05～0．5s^-1之间,最大变形程度可以达到70％以上。     

时效预处理态Al-Zn-Mg-Cu合金热变形及其后热处理过程中晶粒组织的演变

以435℃/2 h+200℃/12 h固溶时效预处理的新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金为研究对象,在温度350~400℃,应变速率0.01~1 s-1和变形量60%~80%条件下进行热压缩变形,再经350℃/0.5 h+470℃/2 h退火和固溶处理。采用光学(OM)、电子显微镜(EBSD、TEM)组织观察和测试方法,研究了时效预处理析出相粒子对热压缩变形及随后退火和固溶处理过程中晶粒组织的演变机理和规律。结果表明:(1)在400℃、0.05 s-1、60%条件下,ln Z值为24.33,发生了连续动态再结晶,获得了细小均匀的再结晶晶粒组织;经退火和固溶处理后,晶粒趋于等轴状,尺寸稍有增加,最终获得细小均匀的晶粒组织。(2)在380℃、0.1 s-1、60%条件下,ln Z值增加到25左右,晶粒沿变形方向拉长,晶界断续分布着细小的再结晶晶粒;经退火和固溶处理后,晶粒长大不明显,在变形拉长的晶粒内部均匀分布着尺寸较小的回复亚晶粒。(3)当应变速率较快或变形温度较低,ln Z值增加到约26,且变形量较大时,动态再结晶不明显,晶粒沿变形方向剧烈拉长;经退火和固溶处理处理后,晶粒长大明显,最终获得粗大的晶粒组织。     

变形工艺对纯Mo棒组织和横向弯曲性能的影响

通过弯曲性能测量、金相、SEM以及TEM观察对不同工艺锻造的纯Mo棒横向弯曲性能及组织进行了研究.结果表明:纯Mo棒直接拔长时,随着变形量的增加,其横向塑性变化不大,纵向晶粒逐渐被拉长,当变形量达到96%时,出现明显的纤维组织,断口呈冰糖状.若纯Mo棒在1100℃镦粗50%再拔长到φ45mm,这样反复进行三次,随后在此温度下从φ45mm直接拔长到φ18mm,其横向组织与直接拔长后的相比变化不大.纵向晶粒虽有拉长,但较直接拔长的晶粒长宽比要小,且晶粒不规则程度增加,此锻造工艺仍然不能有效改善其横向塑性.若纯Mo棒在1100℃先镦粗50%再拔长到φ45mm,反复进行三次后,再将在此温度下从φ45mm直接拔长到φ18mm的纯Mo棒镦粗50%后,其横向塑性可得到大幅度提高,弯曲变形量5%;金相观察表明,其横向晶粒边界变得不很明晰,扭曲程度加重;而纵向晶粒之间晶界相互穿插程度较为严重;其弯曲断口以穿晶断裂为主,断口上有大量的解理面,具有明显的河流状花样和解理台阶;TEM观察表明,其大部分区域以亚晶组织为主,部分区域存在位错胞组织且缠结有大量位错线.     

降温往复镦粗-挤压变形对Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金晶粒细化及织构变化的研究

本文在480°C降温至370°C条件下,采用循环镦?挤工艺对均匀化后的Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金进行变形,对循环镦?挤变形过程中的合金微观组织和织构变化进行研究。结果表明,随着循环镦?挤变形道次的增加,晶粒尺寸逐渐减小。在变形6道次后,累积应变达到 8.4,得到了平均晶粒尺寸为 3.4 μm 的细小均匀的微观组织。晶粒细化是由非连续动态再结晶和连续动态再结晶复杂共同作用引起的。另外,变形过程中,原始粗大晶粒内的片层状长程有序相(LPSO)发生扭折变形产生扭折带,并在扭着带处引起动态再结晶产生,分割原始粗晶,起到晶粒细化作用。结果还表明,一道次镦?挤变形后,合金产生强的基面织构,随着变形道次的增加,织构强度有所减弱。织构弱化的原因是动态再结晶和加载力在轴向和径向交替变化共同作用。     

FE-based coupling simulation of Ti60 alloy in isothermal upsetting process

A constitutive equation was proposed to describe the effect of grain size on the deformation behavior. And a coupling simulation of deformation with heat transfer and microstructure was carried out in isothermal upsetting process of Ti60 alloy. The effects of processing parameters on the equivalent strain, the equivalent stress, the temperature rise and the grain size distribution in isothermal upsetting process of Ti60 alloy were analyzed. It is concluded that the uniformity of equivalent strain and equivalent stress increases with the increase of deformation temperature. However, the temperature rise and the grain size decreases with the increase of deformation temperature. The non-uniformity of equivalent strain, equivalent stress, temperature field and grain size increases with the increase of height reduction. And the calculated grain size using simulation is in good agreement with the experimental one.     

Unique microstructure and property of a 2024 aluminum alloy subjected to upsetting extrusion multiple processing

The microstructure and hardness of a 2024 aluminum alloy subjected to multi-pass upsetting extrusion at ambient temperature were studied. Experimental results indicated that with the number of upsetting extrusion passes increasing, the grains of the alloy are gradually refined and the hardness increases correspondingly. After ten passes of upsetting extrusion processing, the grain size decreases to less than 200 nm in diameter and the sample maintains its original shape, while the hardness is double owing to equal-axial ultrafine grains and work hardening effect caused by large plastic deformation.     

晶体塑性模型分析微圆柱墩粗变形尺寸效应机理(英文)

为了分析单个晶粒变形行为对微成形的影响,将自由表面的晶粒看作单晶体构建晶体塑性模型。基于率相关晶体塑性理论,考虑试样尺寸、初始晶体取向及其分布,分析微圆柱体墩粗变形中尺寸效应机理。结果表明,流动应力随着试样尺寸的减小而明显减小,晶体取向的分布对试样流动应力具有显著影响,并随着塑性变形的进行而减小。由于单晶体的各向异性,在试样表层发生了明显的非均匀变形,这将导致表面粗糙度的增加,小尺寸试样则更加明显。过渡晶粒的存在使得晶粒各向异性对表面形貌的影响减小。模拟结果得到了实验验证,这表明所建立的模型适合于以尺寸依赖性、流动应力分散性和非均匀变形为特点的微成形工艺分析。     

镦粗过程中的锻件缩孔闭合顺序

锻件镦粗过程中,宏观模型与微观模型具有相同的变形过程,即相同压下步数下所用的时间相等。通过测量代表性特征体中所含缩孔闭合时相对应的宏观模型中的压下量,来确定这些特征点区域内缩孔的闭合顺序。在Deform-2D软件中建立平面镦粗模型,由于工件具有对称性,在工件上选取有限个特征点,通过改变温度、应变速率及缩孔尺寸大小来进行模拟,选取合适的模型压下量,得知各特征点的闭合顺序受温度和缺陷尺寸的影响比较小,而应变速率的变化将引起特征点闭合顺序发生显著的变化。与实际对比,相同条件下的锻件内部变形区域基本一致,验证了不同变形环境下的不同变形区域内所含缩孔的闭合顺序。     

置氢TC21合金粉末烧结材料高温流变行为及组织演变

采用热压缩试验研究置氢量0.22wt%TC21钛合金粉末烧结材料在温度850℃~1000℃和应变速率0.001s-1~0.10 s-1范围内的流变行为和组织演变,分析了该合金烧结材料在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征。动力学分析获得置氢TC21合金粉末烧结材料高温压缩变形的应力指数和变形激活能分别为3.32kJ/mol和442.74kJ/mol,表明置氢TC21合金粉末制品在高温变形过程中均发生了动态再结晶。组织观察发现,在β相区变形时,β晶粒随金属流动方向明显被拉长、变形;在α+β相区变形时,β相的组织变化基本同其在β相区变形时一样,只是β相再结晶过程加剧;在α相区变形时,原始的的片状和等轴状组织中α相组织发生再结晶,初生的α相含量逐渐减少。平面应变状态下发生动态再结晶的临界变形量大于均匀单向压缩状态下的临界变形量。     

微成形工艺数值模拟多晶体模型

从坯料的多晶体结构角度考虑自由表面影响构建多晶体模型。该模型中将坯料分为自由表面层、过渡层和内部层三部分。将自由表面层中的晶粒看作单晶体,通过引入晶体取向考虑晶体变形的各向异性,解释塑性变形的非均匀性;在过渡层中,考虑相邻晶粒的影响;在内部层中,将晶粒看作类似多晶体材料变形。使用建立的模型,采用MSC Superform软件模拟镦粗变形过程。模型分析结果表明,坯料塑性变形出现了流动应力的分散性和变形的非均匀性。计算结果与试验结果吻合较好,这说明建立的模型是有效的。     

Numerical simulation and experimental verification of microstructure evolution in a three-dimensional hot upsetting process

The hot compression tests of 42CrMo steel were performed in the temperature range of 850–1150 °C at strain rates of 0.01–10 s^?1 and deformation degrees of 10–60% on Gleeble-1500 thermo-simulation machine. The optical microstructures in the center region of the section plane were examined. Based on the results from thermo-simulation experiments and metallographic analysis, the dynamic recrystallization mathematical models of 42CrMo steel were derived. The effects of processing parameters, including the strain rate and deformation temperature, on the microstructure evolution of 42CrMo steel hot upsetting process were discussed by integrating the thermo-mechanical coupled finite element method with the derived microstructure evolution models. The fraction of dynamic recrystallization and dynamic recrystallization grain sizes during the hot upsetting process of 42CrMo steel were predicted. The results show that the effects of strain rates and deformation temperatures on the microstructure evolution of 42CrMo steel hot upsetting process are significant, and a good agreement between the predicted and experimental results was obtained, which confirmed that the derived dynamic recrystallization mathematical models can be successfully incorporated into the finite element model to predict the microstructure evolution of hot upsetting process for 42CrMo steel.     

Influence of tool roughness and lubrication on contact conditions in skin-pass rolling

The special contact conditions in skin-pass rolling of steel strip are examined by experimental as well as numerical analysis studying plane strain upsetting of thin sheet with low reduction applying long narrow tools with smooth and roughened surfaces under dry friction and lubricated conditions. The influence of friction on the extent of a central sticking region is determined by an elasto-plastic FEM analysis of the plane strain upsetting. The experimental results obtained by measuring the local surface extension using markers made by Micro Vickers indentation verify the FE analysis and show significant influence of tool roughness and lubrication on the contact conditions for varying pressure. The central sticking region was larger for larger friction or tool roughness. At increasing pressure a sudden change in deformation pattern appeared with drastic elongation and sliding in case of lubrication. This deformation pattern is also affected by the tool roughness.     

Contact Conditions in Skin-pass Rolling

The special contact conditions in skin-pass rolling of steel strip is analysed by studying plane strain upsetting of thin sheet with low reduction applying long narrow tools and dry friction conditions. An extended sticking region is estimated by an elasto-plastic FEM analysis of the plane strain upsetting. This sticking region causes a highly inhomogeneous elasto-plastic deformation with large influence of work-hardening and friction. A numerical analysis of skin-pass rolling shows the same contact conditions, i.e. an extended sticking region around the center of the contact zone. The calculated size of the sticking region with varying contact length and pressure/reduction is experimentally verified by plane strain upsetting tests measuring the local surface deformation of the work pieces after unloading.     

基于晶体缺陷机理的6061铝合金镦粗成形工艺分析

基于晶体缺陷机理,并利用计算机有限元仿真软件进行6061铝合金冷、热镦粗成形模拟对比试验。在工具运动速度及材料平均变形速度均保持不变的条件下,将6061铝合金分别置于室温20℃与加热温度350℃状态下进行自由镦粗成形,热变形时锻件高径尺寸满足要求而冷变形时尺寸达不到规格。试验结果分析表明了晶体缺陷机理对铝合金塑性变形的多方面影响,并肯定了热镦粗工艺比冷镦粗工艺更适用于铝合金模锻前制坯的方法,因为热成形有利于减少金属内部的晶体缺陷运动阻碍。