Ti43Al5Nb0.03Y合金高温热压缩行为及其组织演变

在热模拟试验机上对Ti43Al5Nb0.03Y合金进行压缩变形实验,温度范围为1050～1200 ℃,应变速率范围为10-3～10-1 s-1,获得了其真应力-真应变曲线,并对热变形组织进行显微分析.结果表明:在低于1200 ℃的条件下,材料的锻后组织为残余层片和再结晶晶粒的混合组织,而温度达到1200 ℃时,材料锻后得到完全再结晶组织;在实验所涉及的温度及应变速率范围内,Ti43Al5Nb0.03Y合金的塑性变形机制主要为γ相中的滑移和孪生,其流变软化机制主要为γ相动态再结晶以及少量的γ相中的回复;该合金锻造温度不宜低于1200 ℃,在锻造工艺参数为1200 ℃, 10-3s-1条件下可以得到表面无裂纹,变形组织为细小等轴晶组织的锻件.     

高速列车铝合金轴箱体锻造工艺设计及材料变形规律

针对形状结构相对复杂的7050高强铝合金轴箱体,在Gleeble-1500热模拟试验机上对原材料进行了变形温度300~450℃、应变速率0.01~10 s-1的热模拟试验,获得了不同变形温度和变形速率下的真实应力-应变关系曲线,建立了含有应变补偿的7050铝合金Arrhenius本构关系模型;提出了一种能够合理分配材料体积的轴箱体预制坯形状,并设计了相应的挤压预锻工艺和模具结构,通过数值模拟研究了轴箱体锻造过程中金属流动规律。研究表明,挤压后的预锻件满足终锻件的体积分配要求,能够使终锻件充型饱满、流线分布合理,无折叠现象,工艺流程简化为自由锻压扁镦粗、挤压制坯和终锻3步,缩短了加工周期。在实际生产中缺乏多向锻造设备时,为轴箱体类锻件生产提供了一种可行的工艺方法。     

TC10钛合金高温变形行为和组织演变的研究

通过恒应变压缩实验研究了锻态TC10钛合金的高温变形行为和组织演变规律,变形温度为800~920℃,应变速率为0.01~10 s~(-1),变形量为60%。研究结果表明:降低变形温度、提高应变速率,流变应力会在变形初期迅速增加,而显微组织没有明显变化,当流变应力达到最大值后随着动态再结晶的发生而逐渐降低。提高变形温度、降低应变速率,能够为动态再结晶提供能量,细化组织并降低流变应力。综合分析表明:在变形温度为840~900℃,应变速率为0.01~0.1 s~(-1)的参数范围内进行热变形可以获得性能优良的TC10钛合金产品。     

Cu-Cr-Zr合金的高温热压缩变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,对Cu-Cr-Zr合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃的高温变形过程中的变形行为(流变应力和显微组织)进行研究。根据动态材料模型计算并分析该合金的热加工图,并结合变形显微组织观察确定该合金在实验条件下的高温变形机制及加工工艺。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出该合金高温热压缩变形时的热变形激活能(Q)为392.5 kJ/mol,同时利用逐步回归的方法建立该合金的流变应力方程。利用热加工图确定热变形的流变失稳区,并且获得了实验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数:温度范围为750~850℃,应变速率范围为0.001~0.1 s-1,并利用热加工图分析了该合金不同区域的高温变性特征以及组织变化。     

热加工工艺对GH4586合金微观组织的影响

在MTS热模拟实验机上采用热压缩实验的方法研究了在温度为950—1150℃、应变速率为0．001—1s^-1。的实验条件范围内,GH4586合金高温塑性变形过程中变形温度、应变速率及变形量等工艺参数对流变应力和微观组织的影响．结果表明,流变应力随着变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大．提高变形温度能够有效的促进动态再结晶过程,在1100℃以上变形时,在30％的工程应变量下即能够获得完全再结晶的锻态组织;当变形温度低于1050℃时,工程应变超过60％仍未观察到动态再结晶．在变形量与热处理制度一定的条件下,材料热处理后的晶粒度随变形温度的升高而增大．有效控制材料的变形温度是获得良好热加工塑性、降低变形抗力和获得均匀微观组织的关键措施．     

690合金铸锭和锻件的镦粗过程数值模拟

利用单向压缩实验分别获得了以柱状晶和等轴晶为初始组织的690合金高温流变曲线,并将其导入Deform有限软件中,模拟了两种状态下合金的锻造镦粗工艺过程,重点对比了原始组织对镦粗峰值载荷的影响。结果表明:铸态和锻态690合金在热压缩过程中均发生了动态再结晶,在相同变形条件下,锻态合金再结晶比例大。镦粗过程中的峰值载荷随锻压速度的增大和坯料预热温度的减小而升高,且一般情况下铸态合金的峰值载荷更大。两种合金不同温度下应变速率敏感因子的差别导致了二者镦粗峰值载荷随工艺参数变化的规律不同。     

铝合金轮毂锻造组织缺陷有限元分析与工艺优化

为了消除6061铝合金轮毂锻造成形中极易出现的组织缺陷,基于有限元模拟技术,采用Deform-3D软件对高钛6061铝合金轮毂锻造成形过程进行了数值模拟,研究了轮毂热锻过程中变形温度、变形速率以及变形量对组织缺陷产生的影响。结合数值模拟结果和现有的成形工艺,获得了用来控制组织缺陷产生的优化的工艺参数组合,即高温预锻、低温终锻、降低预锻变形量、增大终锻变形量和增大变形速率。根据最佳的工艺参数组合,进行了生产试验。结果表明,优化后的成形工艺能够有效控制铝合金轮毂锻造组织缺陷的产生。     

等温锻造对IN718合金组织和性能的影响

对IN718合金在1020℃下以应变速率0．01进行变形量为40％的等温锻造．并对锻造过程进行数值模拟，预测了涡轮盘件锻造载荷的情况。试验结果表明：经等温锻造后IN718合金具有细晶组织，晶粒度为ASTM10级．其力学性能高于指标要求。通过数值模拟等温锻过程并与试验结果对比可以看出：数值模拟等温锻造过程中变形量与成形件几何尺寸、设备载荷以及材料损伤情况的模拟与试验情况吻合     

GH4169合金盘件热变形后不同冷却速率条件下的组织模拟

对GH4169合金涡轮盘锻件进行模拟研究,利用有限元模拟软件结合二次开发对热变形后的涡轮盘的锻后温度及应变的分布规律进行模拟预测。同时,对热变形后盘件进行不同冷却速率的显微组织模拟预测研究。结果显示：该热变形计算流程方法可行,可以实现不同冷却速率下显微组织的模拟;显示热变形后的涡轮盘经过水冷、油冷和空冷等冷却,冷却速率越快晶粒越细小,而再结晶分数越少。该结果对实际GH4169合金涡轮盘锻造热加工可提供指导。     

基于连续挤压的黄铜合金热变形行为研究

为实现H62、H65黄铜合金连续挤压的数值模拟和合理制定其热成形工艺参数,用Gleeble 1500热模拟实验机对该材料在热变形条件下的变形抗力进行了研究,观察了不同条件下压缩后的试样的金相组织,分析了应变速率、变形程度及变形温度对变形抗力(流变应力)的影响规律.结果表明,变形温度及应变速率对变形抗力均有影响.     

纯铌体材料的热压缩本构关系研究

采用Gleeble-3500热模拟机测试了纯铌体材料的热压缩变形曲线,研究了200~700℃变形温度和0.001~10 s~(-1)应变速率条件下材料的流变应力行为和热压缩变形组织特征,结果表明:材料的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。随着变形温度的升高,材料中拉长的晶粒粗化,材料发生动态回复,材料的软化主要通过动态回复得以实现。进而通过修正的Arrhenius双曲正弦关系式,结合Zener-Hollomon参数因子推导了材料应变速率随材料变形温度、应力和激活能等参数变化的本构方程,采用简化的关系式拟合了不同变形温度下的材料流变应力应变曲线,拟合效果较好。     

100Cr6轴承钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了100Cr6轴承钢在变形温度为850～1150℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)条件下的热变形行为。分析了应变速率和变形温度对流变应力的影响,建立了100Cr6轴承钢热变形时的本构方程和热加工图,并讨论了组织变化情况。结果表明,在相同的应变速率下,流变应力随着温度的升高而降低;而在相同的变形温度下,流变应力随着应变速率的升高而增大。当应变速率为0.1 s~(-1)时,在850℃和950℃压缩变形时,发生了动态回复软化;而在1050℃和1150℃热压缩变形时,加工硬化的软化机理为动态再结晶。结合显微组织观察,得到变形温度950～1150℃、应变速率0.01～0.1 s~(-1)为100Cr6钢的合理热加工工艺参数。     

FGH96合金的热塑性变形行为和工艺

通过高温热压缩实验,得到了不同温度和不同应变速率条件下热等静压FGH96合金的真应力-应变曲线,在此基础上,建立了FGH96合金热塑性变形过程中的热加工图.通过对材料微观组织、应力应变响应及热加工图的对比分析,确定了优化的热塑性锻造窗口,提出了FGH96合金细晶盘坯锻造工艺.根据优化的热塑性锻造窗口,利用等温锻造工艺锻造出无开裂的细晶粒盘坯.     

基于田口法的超大型涡轮盘锻造工艺参数多目标优化

直径超过2 m的超大型涡轮盘的锻造载荷接近甚至超过了国内最大压力机的极限（800 MN）,是真正的极限制造。因此,保持良好的力学性能和控制锻造载荷是超大型涡轮盘热锻生产过程中必须同时兼顾的2个因素。基于田口法设计了25组不同的热锻参数,采用SNR和ANOVA方法对有限元模拟结果进行多目标优化分析,获得了最优锻造载荷和最均匀细化的再结晶组织,确定了极端制造条件下的最佳工艺参数组合（温度1120 ℃,应变速率0.06 s^-1,预锻尺寸985/610/475 mm,模具温度280 ℃）。各参数对模拟结果的重要性顺序如下：变形温度>应变速率>坯料形状>>模具温度。使用最佳参数组合获得的实验结果与数值模拟结果吻合较好,表明该方法可以避免大量实验和数值模拟工作量,有效地控制超大型锻件的载荷和微观组织。     

LZ50钢的热变形行为及热加工图

利用Gleeble-3500D热模拟试验机,在变形温度为870~1170℃,应变速率为0.05~3 s-1,最大变形量为60%的条件下,对LZ50钢进行等温恒应变速率的热压缩实验,研究应变速率和变形温度对流变应力的影响,建立LZ50钢热变形时的本构方程和热加工图。结果表明:LZ50钢的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小,其动态再结晶型流变应力曲线可表述为加工硬化、过渡、软化和稳态流变4个阶段;热变形激活能为304.265 k J/mol,根据双曲正弦方程建立包含Z参数的峰值流变应力本构方程;将LZ50钢的热加工图与快锻液压机的技术参数及通过Deform模拟获得的优化工艺参数相结合可得,当压下量为15%~20%,在开始锻造的高温阶段1050~1150℃,可采用较高的应变速率0.5~3 s-1,随着锻件温度降低至870~1050℃,应适当降低应变速率至0.5~1.5 s-1以避开失稳区,整个变形过程的微观组织演变机制为动态回复。     

Cu-Ni-Si-Cr合金高温热压缩变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,对Cu-Ni-Si-Cr合金在变形温度为600～800℃、应变速率为0.01～5 s-1条件下的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究,分析了实验合金在高温变形时的流变应力和应变速率及变形温度之间的关系,并研究了在热压缩过程中组织的变化.结果表明:应变速率和变形温度的变化强烈地影响合金流变应力的大小,流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大,材料显微组织强烈受到变形温度的影响.     

45钢轴类零件径向锻造的锻透性分析

为了优选锻造工艺参数,从物理模拟和数值模拟两个方面对45钢轴类零件在径向锻造中的锻透性进行了研究。在物理模拟方面,在Gleeble-1500D热模拟试验机上对铸态45钢试样在应变速率为1s-1,变形温度为1100℃条件下进行了等温恒应变速率压缩试验,观察了不同压缩量下铸态45钢的金相组织。结果表明,铸态45钢样的晶粒度随着压下量的增加而细化,压缩到一定程度后晶粒度趋于稳定。在数值模拟方面,运用DEFORM 3D软件对45钢轴类零件的径向锻造过程进行了模拟,研究了不同压下量和不同锻打速度对锻透性的影响。结果表明,锻透性随压下量的增加而增大。     

稀土Ce对Cu-Cr-Zr合金高温变形行为的影响

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Cr-Zr合金和Cu-Cr-Zr-Ce合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃的高温变形过程中的流变应力行为进行了研究。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。从流变应力、应变速率和温度的相关性,利用逐步回归的方法建立了两种合金的流变应力方程。稀土元素Ce的加入能够细化Cu-Cr-Zr合金晶粒,而且能够促进Cu-Cr-Zr合金的动态再结晶。根据动态材料模型计算并分析了两种合金的热加工图,利用热加工图确定热变形的流变失稳区,并且获得了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数,利用热加工图分析了两种合金不同区域的高温变形特征以及组织变化。对比分析后得出稀土元素Ce的加入能够优化Cu-Cr-Zr合金的热加工性能。     

35MnB钢高温变形行为及本构方程

为了合理制定35MnB钢制件热成形工艺参数,在790~1190℃温度范围内,应变速率为0.01~10 s~(-1)及总压缩变形量(真实应变)为0.6的试验条件下,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对35MnB钢进行热压缩变形试验,研究其高温变形行为。结果表明:流变应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大。同一应变速率下,随着变形温度的升高应力峰值向左移动,应力-应变曲线整体下移;同一变形温度下,应变速率越大,应力峰值越高,相应的应变量也越大。采用含有变形温度(T)和变形激活能(Q)的Arrhenius equation方程的双曲正弦模型,构建了35MnB钢在高温下流变应力与应变速率的本构方程。并验证了所构建本构方程的准确性,计算结果显示预测应力峰值与试验应力峰值吻合较好。通过采用本文所构建的35MnB钢本构方程对大型液压装载机锻造摇臂成形过程进行模拟,结果证明本文所构建的本构方程可以应用于35MnB钢制件高温成形模拟过程,并为实际生产做指导。     

大锻件用25Cr2Ni4MoV钢镦粗与拔长工艺分析

以25Cr2Ni4MoV钢大锻件的镦粗与拔长过程为研究对象,采用圆柱体单轴压缩试验得到了材料的真实应力-真实应变曲线,构建了材料的高温流变应力模型和加工图,并基于弹塑性有限元法建立了用于镦粗与拔长过程分析的有限元模型。通过对镦粗和拔长过程的数值仿真分析,获取了不同工艺条件下锻件内部典型节点的温度、应变和应变速率的工艺参数变化,确定了典型节点在加工图中的工艺参数位置,分析了镦粗和拔长过程的工艺稳定性,确定了合理的开坯锻造工艺。结果表明,镦粗过程采用1200℃的初始温度、50 mm·s^-1的压下速率,拔长过程采用方案2(3道次拔长+摔圆)有利于改善工件变形后的温度和变形均匀性,获得更大的耗散值,进而改善锻件组织,使材料表现出较好的塑性加工能力。