应用FEM与圆环镦粗实验测定TC4钛合金高温变形时的摩擦因数

采用圆环镦粗与有限元模拟相结合的方法测定了TC4钛合金高温变形时摩擦因数.利用有限元模拟确定了摩擦因数的理论标定曲线,采用圆环镦粗实验确定圆环内径变化百分比与圆环高度压缩百分比的关系曲线,将圆环镦粗后的内径减小百分比与模拟得到的摩擦因数理论标定曲线进行对比,发现TC4钛合金在干摩擦和玻璃润滑剂的条件下摩擦因数分别为0....     

凸缘的翻孔镦粗过程研究

目的研究不变薄凸缘的翻孔件的翻孔镦粗成形过程。方法采用有限元模拟软件ABAQUS,对不变薄凸缘的翻孔件的翻孔镦粗过程建立了平面二维对称的有限元模型,并进行了有限元计算分析;完成了模具设计,并在1000 kN的伺服压力机上进行了实验。结果当凹模圆角为1.2 mm,凸凹模间隙在0.80~0.86之间时,单次镦粗可以获得与初始坯料厚度一致的凸缘。结论凹模圆角大小及凸凹模间隙大小对不变薄凸缘翻孔凸缘质量有着重要的影响,并最终影响凸缘的镦粗过程。     

含夹杂坯料镦粗的有限元分析

采用有限元数值模拟方法分析不同镦粗工艺对夹杂物的弥散作用.建立了常用的平砧镦粗、锥形砧镦粗和凹面砧镦粗等3种计算模型,通过对镦粗过程中夹杂物的应力应变集中程度、基体损伤值、夹杂物间距的结果分析,认为锥形砧镦粗工艺最好.     

UBET在圆环压缩中的应用及绘制理论校准曲线精度的讨论

将UBET用于求解压缩圆环问题,可简便快速地取得上限解;进而采用该解绘制塑性加工中测量摩擦系数的理论校准曲线.对中性层的位置进行了精确求解;分析了绘制理论校准曲线时,总压缩量、压缩步长量等参数对其结果的影响.     

TC4钛合金高温压缩变形行为的研究

采用等温压缩试验法,分析了TC4合金在高温低速变形过程中变形温度、应变速率对变形抗力及组织的影响,并通过回归分析得出了该合金高温变形过程中的流变应力方程,为TC4热变形工艺的制定提供参考依据。     

Ti-15-3热镦粗变形的数值模拟及实验研究

Ti-15-3合金的热镦粗过程进行了数值模拟和实验研究,分析了变形程度对Ti-15-3合金组织的影响.结果表明,Ti-15-3合金件热变形后,组织很不均匀,为了保证零件的性能,得到晶粒细化的均匀组织,热变形过程中的变形程度需要足够大.     

TC4钛合金相变温度的测定与分析

相变温度对钛及钛合金加工和热处理具有重要意义。采用计算法、差热分析法和连续升温金相法3种手段计算和测定了TC4两相钛合金(α+β)/β的相变温度。计算法由于各主要元素及杂质元素含量对相变温度的影响值是在一个含量范围内的计算值,因此计算的相变温度与实测值是接近的;差热分析法由于测量过程中加热产生相变滞后现象,导致所测相变温度略高;而连续升温金相法由于淬火温度间隔选择较小,测量的准确性较高,因此更能准确测量TC4钛合金的相变温度。通过连续升温金相法,观察不同淬火温度的试样在光学显微镜下的显微组织变化,发现升温过程中初生α相完全消失的温度,从而确定了TC4钛合金的相变温度为998℃。并分析了不同钛合金相变温度差异的原因。     

摩擦系数对不同截面纯锆单道次ECAP变形影响的有限元模拟与实验验证

利用商业有限元软件Abaqus模拟不同截面形状纯锆试样在不同摩擦系数条件下单道次等通道转角挤压变形。模拟结果表明,摩擦系数对挤压载荷有明显影响,随着摩擦系数的增大,截面形状对挤压载荷的影响越来越小。同时发现,随着摩擦系数的增大,Z面等效应变分布均呈减小趋势,且圆形试样减小幅度大于方形试样,说明摩擦及圆形截面有助于工业纯锆的均匀变形;对X面的等效应变分布分析发现,摩擦系数对圆形试样X面等效应变分布影响不大,方形试样X面变形均匀性随摩擦系数的增大而减小。考虑到摩擦会导致挤压力过大,因此在挤压过程中应适当减小摩擦系数,并选择圆形截面试样。     

利用原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

针对目前金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定中存在的测定周期长、试样尺寸较大以及单位周次裂纹扩展长度测量误差较大等问题,采用扫描电镜原位观察技术测定了TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值,即通过扫描电镜对裂纹扩展长度的实时精确测定实现快速获得材料的疲劳裂纹扩展门槛值。结果表明：利用该方法测得的TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与已报道的数据基本一致,并且具有快速简便等优点,表明该方法可以用来测定金属材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

TC4钛合金微弧阳极氧化膜层结构与性能的研究

基于钛合金微弧阳极氧化膜具有的耐磨性和抗蚀性,以便更好地发挥其作用,研究了硫酸型溶液中钛合金微弧阳极氧化膜厚度与电压、电流、时间的关系和除膜工艺.用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、球盘摩擦试验机等分析了膜层的形貌、结构、组成以及膜层的硬度、耐蚀性和摩擦磨损性能.结果表明,获得的由锐钛矿型TiO2和少量金红石型TiO2组成的厚为3.5～11.0 μm的膜层均匀、致密、稳定,显微硬度、耐30%硫酸腐蚀能力、摩擦系数分别比基体提高70%,50%,100%,磨损率则为基体的1/10;除膜液对基体的渗氢量约为80 mg/L.膜层具有良好的防蚀、耐磨性能.     

TC4钛合金线性摩擦焊接头的组织与硬度分析

采用线性摩擦焊焊接TC4钛合金,对焊态下接头的显微组织及硬度进行了分析与测试。结果表明：焊接接头可分为母材区、热机影响区和焊核区。热机影响区组织由母材至焊核区依次为等轴α相和层片状（α＋β）相沿受力方向被拉长组织、纤维状组织中伴有等轴状α和层片状（α＋β）再结晶晶粒、针状α’和少量的α再结晶组织。焊核区组织为针状α’,而且纵向由中心至边缘组织逐渐粗大。垂直于焊缝方向由母材过渡到焊缝中心硬度逐渐由360HV增大到390HV左右,焊核区纵向硬度由中心向边缘逐渐减小到330HV左右。     

基于面心立方孔洞堆砌模型的泡沫铝准静态及动态压缩模拟研究

以有限元分析软件 ANSYS 的 Workbench 为平台,以高孔隙率面心立方孔结构(Face centered cubic, FCC)的泡沫铝模型为对象,进行了准静态压缩和落锤冲击的有限元模拟。高孔隙率泡沫铝特指孔隙率(Porosity, Pr)在85%~90%之间的泡沫铝。已有的实验结果表明,孔隙率为90%的泡沫铝的准静态压缩下屈服平台应力值为3 MPa,当冲击应变速率在900 s-1以上时,其屈服平台的应力值稳定在7 MPa 左右;模拟结果与实验结果一致,并发现当应变速率达到35342 s-1后,泡沫铝的屈服平台应力值会再次大幅升高,达到14 MPa。根据泡沫铝压缩模拟的应力云图,揭示了不同应变速率下泡沫铝的吸能能力和变形模式的对应关系,并从结构变形的角度解释了泡沫铝的抗冲击吸能性能优于其准静态压缩的原因。     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

深冷处理对TC4钛合金摩擦磨损性能及微观组织的影响

目前,有关深冷处理对TC4钛合金力学性能及微观组织的影响机制尚不明晰.为此,通过硬度、摩擦磨损性能测试、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)观察等手段探究了不同时间深冷处理对TC4钛合金磨损性能、表面显微硬度以及微观组织的影响.研究结果表明:经不同时间的深冷处理后,TC4钛合金的耐磨损抗力以及表面显微硬度有了不同程度...     

焊前及焊后热处理对TC11钛合金线性摩擦焊接头组织性能的影响

目的 研究焊前及焊后热处理（950 ℃+1 h+AC/540 ℃+6 h+AC）对TC11钛合金线性摩擦焊接头组织演变和力学性能的影响。方法 采用光镜、扫描电镜、显微硬度及拉伸试验对不同热处理条件下的接头进行了组织分析和力学性能测试。结果 金相结果表明,焊前热处理对焊接过程中接头的组织演变影响较小。在焊态和焊前热处理接头的焊接中心区域（WCZ）观察到类似的马氏体组织,但明显的热影响区域只能在焊前热处理接头中找到。焊后热处理后,WCZ中的马氏体组织转变为网篮组织,热力影响区（TMAZ）的初生α和转变β晶粒均有一定程度的长大。力学性能结果表明,焊前热处理可以提高整个接头的显微硬度,但硬度分布趋势与焊态接头的分布趋势相似。结论 焊后热处理可以降低WCZ和TMAZ的显微硬度,但母材的显微硬度有所提高。焊前和焊后热处理都可以提高接头抗拉强度,但会降低接头伸长率,特别是在焊前热处理条件下。     

乙醇对TC4钛合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法分别对室温下医用酒精(体积分数75%)中浸泡5min、医用酒精浸泡5min后再在生理盐水中浸泡24h、直接在生理盐水中浸泡24h、分析纯乙醇(体积分数99.9%)中浸泡6h、医用酒精中浸泡6h等处理条件下退火态Ti6Al4V(TC4)钛合金的超高周疲劳性能进行了研究,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察疲劳断面形貌,分析了TC4钛合金的疲劳断裂特性。结果表明:在104~109周次范围内,经医用酒精处理后TC4钛合金的S-N曲线呈现一次阶梯下降型,而未用医用酒精处理的TC4钛合金的S-N曲线呈现缓慢下降型;在300~700 MPa应力范围内,医用酒精浸泡过的TC4钛合金试样疲劳寿命快速下降;医用酒精处理后的TC4钛合金的超高周疲劳断裂全部从表面发生、断面较光滑且瞬断区面积占比极小,不同于未接触医用酒精的TC4钛合金试样的穿晶塑性断裂。     

摩擦力在ECAP成形时作用的有限元模拟

应用有限元方法对一种全新的可应用于板料的等通道角挤压(ECAP)方法中摩擦力的作用进行了有限元模拟.计算模拟结果表明,不同于常规的等通道角挤压中摩擦力的负面影响,在板料等通道角挤压方法中一定的摩擦力和尺寸精确的模具结构却是保证此类等通道角挤压正常进行的关键.     

基于位错密度的钛合金电辅助压缩仿真与实验验证

目的 以新型高强韧Ti?6Cr?5Mo?5V?4Al(Ti6554)近β钛合金为对象,探讨脉冲电流对材料变形行为和温度变化的影响规律,揭示Ti6554钛合金在不同电流密度下的位错密度演化规律。方法 对材料进行不同电流密度、占空比、应变速率条件下的电辅助压缩实验,建立考虑位错密度的修正电塑性本构模型,基于ABAQUS进行UMAT子程序开发,建立电?热?力三场耦合有限元模型,模拟Ti6554钛合金电辅助压缩变形过程,并进行实验验证。结果 随着电流密度和占空比增大流动应力减小,随着应变速率增大流动应力也增大;电辅助压缩实验结果与模拟结果相比的平均误差为6.31%,验证了模型的有效性;通过子程序状态变量输出位错密度的变化发现,电流密度为15.92、23.88、27.87、31.88、39.81 A/mm²的位错密度分别下降了15.34%、55.63%、68.23%、83.84%、89.13%,表明位错密度随电流密度的增大而降低。结论 建立了基于位错密度的电塑性本构模型和电-热-力多场耦合的有限元模型,能够模拟Ti6554钛合金的电压缩变形行为,并且表征了位错增殖、位错湮灭及动态回复,获得了其位错密度的演化规律。