GH4169合金惯性摩擦焊接过程组织计算与预测

以高性能航空发动机涡轮盘和压气机盘为背景，采用有限元数值模拟方法，对GH4169合金模拟件的惯性摩擦焊接过程进行了分析与计算，基于金属塑性变形的物理基础，建立了GH4169合金惯性摩擦焊接过程显微组织的演化模型；通过高温合金在热成形过程中的再结晶发生条件，再结晶体积分数、晶粒尺寸与热力参数（应变速率、应变程度、成形温度）之间的映像关系，对惯性摩擦焊接热力影响区的再结晶组织进行了模拟计算。从而为合理地制定焊接热力规范，提高GH4169合金的焊接性能和接头质量提供了参考。     

高温合金热态变形后的晶粒度与热力参数的关系

在Thermecmastor－Z型热加工模拟试验机上系列等温恒应变速率压缩试验基础上,探讨GH141、GH907、GH706和GH188合金在不同条件下变形后晶粒度与热力参数之间的关系,明确了这几种合金合理的环轧热力参数,并建立了上述高温合金变形后晶粒度与热力参数的函数关系。     

HMN59-2-1合金的新型本构关系

HMN59－2－1是近年来轿车用的同步器齿环的主要合金之一。本文通过在Gleeble-1500热模拟机上的模拟试验，系统地研究了锻造热参数（变形速度、变形温度、变形程度）与HMN59－2－1合金流动应力的数值关系，并且通过其真实σ－ε曲线，采用数理统计原理科学地分析并回归出了能综合反映锻造热力参数对材料成形性能影响的本构方程，为HMN59－2－1合金锻造的数值模拟和锻造热力参数的合理制订了与控制提供了基础。     

高温合金盘热成形工艺多尺度数值模拟及验证

为了系统全面地研究高温合金盘的热成形过程，通过建立高温合金宏微观材料模型，设置热成形工艺参数和边界条件，构建了GH2132高温合金盘宏微观多尺度有限元模型。通过对高温合金盘热成形过程进行数值模拟，研究了高温合金盘热成形工艺过程中的宏观变形和微观组织演变行为，分析了高温合金盘热成形后的宏观变形状态和微观组织分布情况。通过进行高温合金盘热成形物理试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明，通过数值模拟能够精确预测高温合金盘热成形工艺过程中的宏观变形和微观组织演变。     

GH141合金的热态变形特性

采用Gleeble-3500热模拟实验机研究了GH141合金在1020～1170℃、应变速率在0.01～10 S-1的热态变形特性,分析了流动应力与热力参数的关系,并建立了GH141合金在热态变形过程中的本构方程.采用Quantiment-500型自动图像分析仪定量测定了动态再结品品粒尺寸和再结晶体积分数与Z参数的关系.建立了该合金的动态再结晶数学模型.结果表明,该数学模型的计算结果与实验数据很好地吻合,从而为GH141合金的锻造工艺制定与质量控制提供了理论依据.     

GH4169高温合金惯性摩擦焊过程的数值模拟

根据GH4169合金惯性摩擦焊的特点,结合摩擦理论,建立了完全基于材料热物理性参数和焊接工艺参数的三维有限元分析模型,运用热力耦合的方法对其焊接过程进行了数值模拟.根据模拟计算所得的温度场和应力场结果,综合分析了该工艺过程.为合理制定焊接热力规范,提高GH4169合金的焊接性能和接头质量提供了参考.     

Ti—15—3合金热变开过程晶粒轴比的预测

研究了变形参数对Ti-15-3合金热变形后晶粒轴比的影响，并采用人工神经网络方法建立了其晶粒轴比与变形程度、变形速率和变形温度之间的数学模型。将此模型与热力耦合刚粘塑性有限元方法相结合，对Ti-15-3合金热反挤成型过程的晶粒轴比场进行数值模拟和相应实验研究。结果表明，预测值与实测值吻合较好。     

GH738合金数值模拟材料数据库的建立

采用MMS-300型热模拟试验机对GH738合金热变形过程（温度范围为1030～1170℃,应变速率为0．1～10s^-1,应变为0．5）进行了实验研究,获得合金的应变速率、等效应变和变形温度变化的数据,用户通过自定义新材料,将真应力一真应变曲线数据和物理参数输入DEFORM软件中,建立了GH738合金的材料数据库,为同类材料的数值模拟提供了可靠的数据。采用该材料数据库对GH738合金低压一级涡轮盘进行了等温锻造成形数值模拟,分析了不同压下速率下锻件的温度场、等效应变场变化,为分析GH738合金锻件组织不均匀的原因提供参考。     

GH4169合金热加工过程中的显微组织演化数学模型

采用Thermecmastor—Z型热加工模拟试验机对GH4169合金热态变形过程中(温度范围为960～1020℃，应变速率范围为10^-2～50s^-1，等效应变范围为0．357～0．916和变形后高温滞留阶段内(滞留时间为0～15s)的显徽组织演化过程进行了实验研究，定量地测定了试样内的动态再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数。根据实验结果，指出了GH41．69合金热加工过程中的主要显微组织演化过程是动态和亚动态再结晶，确定了峰值应力和峰值应变与锻造热力参数间的关系，建立了动态再结晶和亚动态再结晶过程的运动学方程和晶粒尺寸演化模型，从而为预测和控制GH4169合金锻件的组织性能提供了依据。     

GH2150合金的热变形行为及动态再结晶规律

采用Gleeble-3800热模拟试验机热模拟压缩试验研究了GH2150合金在不同试验参数下的热变形行为和再结晶演变规律。结果表明，在1000～1200℃范围内，应变速率为0.1～5 s^-1,变形量分别为30%、50%、70%条件下，合金峰值应力随变形温度升高而降低，随应变速率降低而降低。结合真应力-真应变曲线及阿伦尼乌斯公式得到了GH2150合金的热变形本构方程，采用该方程得到的计算结果与实际结果的平均相对误差为4.36%,相关系数R=0.992,具有较好的吻合性。绘制GH2150合金动态再结晶图发现大变形量有利于提高再结晶分数，合金再结晶行为在50%变形量下主要受变形温度影响，在70%变形量下采用低应变速率更有利于再结晶发生。     

AZ80镁合金变形特性及管材挤压数值模拟研究

利用Gleeble热模拟机研究了AZ80合金的高温变形特性。结果表明,流变应力取决于变形温度和变形速率。当应变速率一定时,流变应力随变形温度的升高而降低;当温度一定时,流变应力随着应变速率的升高而增大。根据AZ80镁合金真应力-真应变曲线,建立了其流变应力模型。采用刚塑性有限元法对AZ80镁合金管材挤压过程进行热力耦合数值模拟,并分析了高温挤压成形过程中变形力及金属流动规律,着重探讨了变形温度和挤压速度等挤压工艺参数对挤压力、应变场以及应力场的分布及变化情况的影响。模拟的结果为AZ80镁合金管材挤压工艺参数的制定、优化提供了科学依据。     

基于数值模拟的20A钢棒材热连轧晶粒尺寸的预测

通过Deform-3D有限元分析软件及正交实验,模拟并优化了20A钢棒材热连轧过程的工艺参数,并对该热轧工艺条件下的20A钢棒材的晶粒组织的有限元数值模拟以及物理实验验证进行探索。对比数值模拟值与物理实验值,研究结果表明:在最佳工艺参数条件下,数值模拟的20A钢棒材平均晶粒尺寸为45.8 mm,而物理实验中的平均晶粒尺寸为47.56 mm,二者数值均满足技术要求,且误差仅为3.7%,通过有限元模拟能够成功地预测热轧变形过程晶粒尺寸大小。     

汽车外星轮亚热精锻成形工艺研究

提出汽车外星轮的亚热精锻成形工艺,与传统热锻工艺比较,具有简化工艺、节约能源的优点。并采用数值模拟方法,对汽车外星轮的亚热控制精锻工艺进行了深入研究。将通过热模拟实验研究确定的流变应力模型引入到有限元数值模拟软件中,对外星轮亚热精锻成形过程进行模拟,确定了外星轮亚热精锻的最佳工艺参数,获得了较好的效果。     

GIS壳体三通口成形的数值模拟及参数优化

采用Dynaform软件,探索GIS壳体三通口在成形过程中压边力、预开椭圆孔长短轴之比、凹模圆角半径和模具间隙对GIS壳体三通口翻边成形的影响规律。应用正交实验方法进行数值模拟,优化三通口冲压成形的模具理想参数和最优拉深工艺参数。把优化参数后的数值模拟的成形厚度变化规律同实验进行比较,两者结果一致,成形后最小厚度提高3．2％。数值模拟结果可以为GIS壳体在实际的生产中提供一定的理论依据。     

Effect of rolling parameters on cold rolling of thin strip during work roll edge contact

In some cold rolling mills, a problem has been found that the sides of work rolls touch and deform when thin strip is rolled. The problem of work roll contact at the edges, which forms a new deformation feature in rolling, is analysed. In this paper, the authors focus on the research of the effects of rolling parameters on specific force such as rolling force, intermediate force, edge contact force and the profile of thin strip in cold rolling when the work roll edges contact. An influence function method is developed to simulate this special rolling process. Based on numerical simulation, the effects of the rolling parameters on the mechanics and deformation of the cold rolled thin strip are obtained. Numerical simulation tests have verified the validity of this developed method.     

药筒筒体旋压工艺参数影响分析

通过数值模拟方法,分析了错距值、压下量等旋压工艺参数对药筒筒体加工质量的影响.采用弹塑性材料模型和库伦摩擦模型,以旋轮的径向旋压力、工件变形速率和内径胀缩量为研究对象,得到了径向旋压力,内径尺寸胀缩量和变形速率在不同错距值和径向力均方差下的变化规律.模拟结果表明,错距值与压下量的不同匹配,对旋轮径向力影响很大,工件内径胀缩量随错距值增大呈U形变化,径向力均方差在0.95 mm时,变形速率最大.     

基于BP神经网络的TA15钛合金本构关系建立

本构关系体现了材料在热态塑性加工过程中对热力参数的动态响应,关系到有限元模拟的准确性与精度。文章以TA15钛合金等温压缩实验数据为基础,构造一个3×10×10×1四层BP神经网络结构形式的本构关系模型,采用Bayesian规则化调整法训练网络以提高网络的泛化能力。预测结果、外推结果和实验结果对比表明,利用Bayesian规则化调整法训练的BP神经网络结构形式的TA15钛合金本构关系能够描述其高温变形力学行为,适用于热变形过程的数值模拟。     

20钢变形抗力模型的建立及轧制力预报

利用Gleeble-1500热模拟试验机进行试验,建立了20钢变形扩购买力数学模型,分析了变形温度、变形速率、变形量对变形抗力的影响,并对轧制力进行了预报,预报误差仅为6%。     

Investigation of rolls size effects on hot ring rolling process by coupled thermo-mechanical 3D-FEA

Hot ring rolling is a significant branch of ring rolling characterized by high nonlinearity, 3D deformation, continuously progressive forming, unsteady-state, asymmetry, etc. with coupled thermo-mechanical behaviors which have significant effects on the deformation behavior, microstructure and mechanical properties of the ring. Changing the sizes of forming rolls including mandrel and driver rolls will considerably affect the roll gap deformation zone which is in close relation to the feed amount of both forming rolls and thus affects forming quality of the ring as well as power parameters. In this study, a reliable coupled thermo-mechanical and 3D rigid-plastic finite-element (FE) model for hot rolling of large rings is established. Then, based on the stable forming condition of the ring rolling process and comprehensive numerical simulations, the size effects of forming rolls on strain and temperature distributions and their uniformity, stress distribution, side spread and power parameters were investigated by 3D coupled thermo-mechanical FE simulation. The results show that there are optimum sizes of mandrel and driver rolls under which the strain and temperature distributions of ring and thus its microstructure are the most uniform where fishtail coefficient and power parameters have reasonable values. The achievements obtained can not only serve as a guide to the design of rolls sizes, optimization and quality control of the hot ring rolling process, but also clarify the plastic deformation and heat transferring of hot rolling of large rectangular-section rings.     

热轧中厚板变形解析模型的研究

针对中厚板热轧过程中速度场的特点设定了速度场函数,利用Markov变分原理求解场函数中的待定常数。将该模型应用于板材热轧综合解析数值模型,使得综合解析数值模型更加合理。同时,基于欧拉坐标系建立了应变速率和应变的数值解法,从而解决了多道次轧制过程变形场连续计算问题。计算结果表明,该模型能较好地反映轧制变形区的变形情况,计算得到的轧制力与实测值吻合较好。