厚壁Gr.3钛管轧制工艺研究

设计了两种氧含量的Gr.3管材,并按照Gr.3厚壁钛管的变形工艺,截取各道次加工过程中管材的变形锥体,依据一定的规律截取锥体上不同部位的断面,检测断面的显微硬度并得到不同氧含量管材的硬度在整个变形过程中的分布曲线,对照各个部位的显微组织,分析了硬度分布曲线与轧制变形过程之间的规律及相互关系,发现当变形量在10%～20%以下时,断面上的硬度有较大差异,氧含量越低,该现象越明显;氧含量的提高加大了断面上沿壁厚方向变形的不均匀影响,厚壁Gr.3管材在变形过程中,其变形量应大于35%,送进量宜小,曲线尤其是内孔曲线平缓对管材质量的提高有帮助。     

低氧Gr.3厚壁钛管组织与性能研究

通过调整O含量以及优化退火温度的方法,比较研究O含量不同的两种Gr.3厚壁管经不同温度退火的显微组织与力学性能。结果发现,两种低氧Gr.3管材加工态的显微组织均为伸长的α晶粒,其中O含量为0.06%的厚壁管材组织存在大量孪晶,而O含量为0.22%的管材组织中的孪晶数量很少。另外,O含量的增加不仅可以提高钛管的强度,降低塑性,还可以提高管材的再结晶温度。O含量为0.06%的厚壁管材在600℃退火已基本完全再结晶,但O含量为0.22%的管材在650℃退火才完全再结晶。经工艺优化,当O含量为0.22%且成品退火制度为650～700℃,90min时,Gr.3厚壁管的显微组织与力学性能完全满足ASTMB338标准。鉴于其屈服强度仅略高于标准要求,建议冷轧Gr.3厚壁管材的O含量不低于0.22%。     

Gr.12钛管加工工艺研究

采用相同模具不同挤压工艺、相同挤压工艺匹配不同的模具硬度及表面粗糙度制取Gr.12钛管坯,对挤压后管坯内壁有缺陷部位进行了SEM、EDS分析;将不同轧制工艺制备的管材进行超声探伤、矫直对比分析。发现管坯内壁有缺陷部位存在钛/铜共晶现象;当模具硬度HRC≤35、表面粗糙度Ra≥1.6μm时,挤压后的管坯表面质量不稳定;当采用单铜包套挤压制取管坯时,挤压针的硬度下降较快,管坯内壁质量较差;挤压制坯时采用内孔铜/钢双包套,挤压温度760～790℃,挤压比不大于18时,可以稳定地得到表面质量较高的Gr.12管坯,挤压针的硬度下降较为平缓。当在管坯开坯前预先对管坯进行Q≤0.1、ε≤35%的加工,然后再进行轧制且轧制时道次间的变形量不大于52%时,可以得到表面质量较好的成品管材。按照以上工艺进行批量加工时,管材轧制及矫直时的裂纹发生率≤1‰,其无损超声检验合格率可以达到95%以上。     

管材振动绕弯塑性成形的力学分析

介绍了管材低频振动绕弯塑性成形的工作原理,分析了管材低频振动绕弯塑性成形过程中金属的应变-时间历程;在一维粘弹塑性本构关系的基础上,利用Matlab的符号计算推导出了管材断面圆周上各点的动态应力的显性表达式.根据所给定的振型参数和材料力学性能参数,分别得出了管材金属在低频振动绕弯条件下的动态应力-时间曲线和在不同时间时管材断面圆周上各点的应力分布曲线.分析表明,与常规绕弯塑性成形过程的应力相比,管材低频振动绕弯塑性成形时的应力至少可以降低14.8％;附加低频振动后弯曲管材断面圆周上最大应力和最小应力的差值比无振动时管材断面圆周上最大应力和最小应力的差值减小70.8％,弯曲管材断面圆周上的应力分布更均匀.     

热轧参数对大口径厚壁316LN不锈钢管组织和性能的影响研究

使用皮尔格管材轧机在不同轧制变形量和轧制温度下热轧生产了大口径厚壁316LN不锈钢管,采用光学显微镜观察了热轧态管材和固溶态管材的显微组织,采用万能试验机测定了固溶态管材的室温拉伸力学性能。结果表明:提高轧制变形量能促进热轧过程中动态再结晶的形核过程,细化动态再结晶晶粒;提高热轧温度能促进热轧过程中动态再结晶的长大过程,粗化动态再结晶晶粒;不完全动态再结晶的热轧管材在固溶热处理过程中会发生已再结晶晶粒的异常长大,产生混晶,降低力学性能;提高轧制变形量和降低轧制温度可以细化固溶态管材的晶粒尺寸,提高力学性能。     

退火处理对TP2铜管材组织与性能的影响

针对两种不同变形量的TP2铜管材,进行不同退火温度和保温时间的热处理实验。对两种不同管材进行显微组织和力学性能实验,得到温度和保温时间对该管材的组织和性能的影响规律。结果表明,退火温度为影响TP2铜管材组织和性能的主要因素,适当提高温度可以增加试样伸长率;在一定范围内增加保温时间可以有效降低维氏显微硬度。对于大变形量管材,可以适当降低退火温度或者减少保温时间,该两种管坯较为理想退火工艺为退火温度400℃保温时间30~60 min。     

Gr.3厚壁超长钛管材加工技术研究

分析了热处理制度对Gr.3纯钛厚壁管材力学性能及显微组织的影响,以及镗孔处理对成品管材探伤合格率的影响。结果表明:成品管采用510℃×90 min真空退火,组织为均匀细小的等轴晶,室温力学性能满足ASTM B338标准要求;开坯轧制后半成品管材经镗孔处理能够有效去除内表面微裂纹,提高成品管探伤合格率。     

AZ80镁合金管材反挤压成形的数值模拟与试验研究

采用Deform-3D软件对AZ80镁合金厚壁管材的反挤压过程进行了数值模拟,模拟了不同挤压温度和挤压速度对反挤压成形过程的影响。结果表明,反挤压过程的等效应变主要集中在凸模与坯料接触处和管壁上,管材的内壁和外壁损伤值较大,容易产生损伤。挤压温度越高,管材成形的温差、等效应力和挤压载荷就越小,挤压变形越均匀。挤压速度越小,金属的流动速率峰值越小,金属流动越均匀,管材温差越小,挤压变形越均匀。通过镁合金管材的反挤压试验,验证了模拟结果的准确性。     

大口径薄壁纯钛管数控热弯内外侧的塑性变形机制

为了发展大直径薄壁纯钛管数控加热弯曲技术,实验研究了大口径薄壁CP-3管材在不同温度下数控弯曲后的内外侧塑性变形机制。通过EBSD分析和维氏显微硬度测试方法,对数控弯曲温度293、423和573 K下弯管件试样弯曲外侧受拉区域以及弯曲内侧受压区域进行显微组织变化和维氏硬度分析。结果表明：1）在不同温度下数控弯曲变形后,弯管外侧塑性变形机制主要为滑移,孪生变形微弱,择优取向类似于初始管材的;弯管内侧塑性变形机制主要以{1 012}孪晶为主,滑移为辅助机制,且孪晶使管壁材料择优取向产生剧烈转变。2）维氏硬度的变化与塑性变形机制及织构有关。弯曲变形后,管材试样内外侧轴向与周向的维氏硬度值均显著得到提高,且管材试样内侧的维氏硬度值要明显高于外侧的,周向的维氏硬度值高于轴向的。     

无氧铜管形变过程中组织和织构演变对硬度的影响

采用电子背散射衍射(EBSD)和显微硬度测试技术,对高纯无氧铜管在变形过程中的显微组织、织构及硬度演变进行了研究。结果表明,在变形量较小时,晶粒细化并沿管材轴向拉长成条带状结构,平均晶粒尺寸减小,小角度晶界含量迅速增多,显微硬度显著增大,形变后形成了111主要织构和001次要织构,两种织构均平行于管材轴向。在变形量较大(77%以上)时,随着变形量增大,平均晶粒尺寸未显著减小,小角度晶界比例略有下降,硬度略有上升;形变硬化和形变热共同作用导致001和111织构含量均不断增多,此现象与常规线材拔拉规律相反。初始变形发生退孪晶,后续形变促使孪晶重新形成。     

薄壁大口径Gr12钛合金超长无缝管生产工艺的研究

从Gr12钛合金铸锭的杂质含量的变化对管材加工性能的影响、不同温区斜轧穿孔加热速度对管材表面氧化程度的影响、三辊冷轧最佳轧制速度的选择及成品管材最佳矫直方式的确定等4个方面,研究了薄壁大口径Gr12钛合金超长无缝管的生产工艺。结果表明,严格控制Gr12钛合金铸锭的化学成分,使其N≤0．01％,C≤0．03％,H≤0．005％,Fe≤0．08％,O≤0．08％,可保证该合金的冷加工性能,轧出薄壁大口径超长无缝管;斜轧穿孔加热时不同的温区应选择不同的加热速度,低于650℃,氧化层较致密,氧化速度较慢,氧和氮不容易被吸入,升温速度要慢,在5～5．5℃／min,在650-820℃,氧化层开始疏松,氧化速度加快,氧、氮较容易被吸入,升温速度要稍快些,在6．8—7．2℃／min;在820℃以上,氧化层更为疏松,氧化速度更快,氧和氮吸入更容易,表面将更氧化严重,升温速度进一步提高,在7．6～8．5℃／min,避免管材严重氧化;三辊冷轧的合适的轧制速度应为60～70r／min;成品管最佳矫直方式是先进行预平整,使其不直度∠2mm／m,再在矫直机上进行精矫,这样不会矫凹或成椭圆形。     

航空用TA18管材加工工艺研究

通过选用不同成分配比的TA18管材,对其进行轧制,在不同变形量、不同退火温度下,研究其成分、变形量、退火温度与力性之间的关系,得出了不同成分与力性的关系、不同变形量与力性的关系曲线、不同退火温度与力性的关系曲线,发现其成分中V,Al含量的变化对力性会产生不同的影响,Al对强度的提高和塑性的下降影响较大;当化学成分(质量分数,%)在一定的范围(Al:2.8～3.2,V:2.30～2.70,O:0.07～0.09)时,利用基本相同变形量(50%～70%),且变形时Q≤1.14时,采取两种不同的退火制度(380～580℃,650～750℃),可以得到满足现有美标及军标标准要求的强度级别的TA18管材。     

Gr12钛合金特长管酸洗工艺研究

研究Gr12钛合金特长管的酸洗工艺。选择3种不同的酸洗时间,研究了酸洗时间对Gr12钛合金管材氢含量的影响;进行了3种不同的酸洗方式对Gr12钛合金特长管内外表面清洁度影响的对比试验。结果表明,HF与HNO3配比为1：5是最佳配比,氢含量仅增加0．0007w％;30min酸洗效果较好,增加酸洗时间到50min,氢含量提高22％,达0.0023w％,缩短酸洗时间到15min,则酸洗效果欠佳,表面有少量残留氧化物;如果酸洗时增加超声清洗,再使管子倾斜15°,酸洗15min就可使Gr12钛合金管内外表面清洁,且氢含量仅增加0．0003w％。     

多楔楔横轧42CrMo4大型空心长轴类零件分析

大型厚壁空心长轴类零件是工业装备中的关键零部件,文章采用多楔楔横轧成形该类零件。首先,推导多楔楔横轧长轴空心件的侧楔偏转角公式,为多楔楔横轧模具的设计奠定了基础。然后,研究展宽角对单楔楔横轧厚壁空心件的影响规律,发现相对于轧制小直径空心轴,展宽角的选择范围可以扩大,内孔椭圆度也能得到控制。同时发现模具的顶面脱空也能控制内孔椭圆度。最后,建立双楔楔横轧轧制大型厚壁空心长轴类零件的有限元模型,模拟了成形过程,监测对称面的内孔椭圆度,有限元计算的内孔椭圆度为4.98%,轧制实验值为5.56%。表明：双楔楔横轧大型厚壁空心长轴类零件是可行的。     

材料性能波动下高强TA18钛管绕弯过程截面畸变行为分析

为了研究材料性能参数对管材数控绕弯过程截面畸变的影响规律及敏感性大小,基于ABAQUS非线性有限元平台,建立了高强TA18钛管数控绕弯成形过程有限元模型,并通过文献中的实验结果验证了模型的可靠性,然后采用该模型模拟研究了材料性能波动下高强TA18钛管数控绕弯成形过程的截面畸变行为。结果表明:截面畸变率随着弹性模量、硬化指数的增加或强度系数、厚向异性指数的减小而减小,其减小率分别为11.76%,23.67%,12.07%和23.51%;不同材料性能参数波动下,高强TA18钛管绕弯过程截面畸变率的最大值均小于4.00%,并且在弯曲平面附近,截面畸变率出现负值;截面畸变率对材料性能参数的敏感性大小依次为强度系数、弹性模量、硬化指数和厚向异性指数。     

A New Rolling Process for Strips with a Defined Cross Section

A new rolling process is being developed for producing cold rolled strips with a defined cross section. These strips feature differences in thickness up to 50% perpendicular to the rolling direction. A special roll system is used to achieve a material flow exclusively in the direction of the strip width. As a consequence the strip width is increased significantly. In this way a wide variety of different cross sections can be produced. The range of application for these kind of strips cover novel load-adapted and load-optimized structures with different thicknesses, e.g. special profiles and special section tubes.     

厚壁焊接钛管的等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接工艺研究

钛及钛合金厚壁焊管是海水淡化和海洋工程等行业的主要部件.采用前置直流等离子填丝+后置脉冲TIG电弧的双枪焊法,无耦合的等离子焊+TIG焊形式利用等离子弧焊与TIG焊的优点实现了大口径壁厚4 mm的TA1焊接钛管的优质、稳定焊接.结果表明,随着等离子气体流量的增加,直流等离子填丝焊的熔深增加,厚壁钛管全熔透;后置TIG电...     

TC4钛合金环件径轴向轧制数值模拟

基于Deform-3D平台建立了环件径轴向轧制三维有限元模型,模拟分析了TC4钛合金环件径轴向轧制过程。结果表明:金属流动曲线呈现上下波动变化,外层金属流动速度大于内层金属;等效应变曲线呈阶梯状上升趋势,金属进入径向轧制区后塑性变形程度加强,致使等效应变逐渐上升,而在轴向及其余非轧制区等效应变变化不大,环件外圈等效应变最大,中层最小;内、外层环面金属温度曲线呈周期性波浪式下降趋势,中间层金属温度曲线呈阶梯状上升趋势。     

G20CrNi2MoA轴承钢控轧控冷工艺热模拟研究

控轧控冷是先进轴承钢的重要生产工艺。利用Gleeble3500热模拟试验机对G20CrNi2MoA轴承钢进行了控制轧制和控制冷却的热模拟试验，分析了变形温度、变形程度和冷却速率对G20CrNi2MoA优质滚动轴承钢微观组织和硬度的影响。基于试验结果，确定了开轧温度900 ℃、变形量30%的条件进行轧制，终轧后以5 ℃/s的冷却速率冷却到650 ℃，再以2 ℃/s的冷却速率冷却至室温的控轧控冷工艺。该工艺可获得比原始组织更细小均匀的贝氏体组织，试验钢综合力学性能有所提高，抗拉强度提升180 MPa、屈服强度变化较小、硬度提升50HV，断后伸长率提升2%。     

斜轧钢质高翅片管成形过程的数值模拟

针对斜轧钢质高翅片管变形机理研究相对落后的问题,通过Pro/E的曲面建模功能建立了轧辊的三维实体几何模型.利用DEFORM-3D软件,采用三维刚一塑性有限元法对斜轧钢质高翅片管进行了数值模拟.分析了轧件变形区的应力、应变场分布,得到了斜轧钢质高翅片管的成形规律.该研究成果为斜轧钢质高翅片管的深入研究提供了理论依据.