楔横轧空心件壁厚变化规律实验研究

参照二次正交旋转组合设计试验法 ,对楔横轧空心件的壁厚变化规律 ,做了实验研究 ,得到具有较高参考价值的回归方程。依据实验结果和回归方程 ,对影响楔横轧空心件壁厚变化的主要因素做了分析讨论。     

三辊楔横轧轴类件内部缺陷的分析

采用实验研究和有限元分析相结合的方法,研究了3种轴类件(实心件、空心件、带芯棒的空心件)在三辊楔横轧过程中轧件的内部缺陷.研究结果表明:实心件心部附近的环状区域易产生明显裂纹,而空心件能够有效的避开环状缺陷;方向交变的剪应力促使轧件心部附近孕育微观破坏,拉应力促进裂纹进一步扩展.实验采用带芯棒的空心件轧制,能够制备出高质量的轴件,为丰富三辊楔横轧加工理论及扩大应用范同提供理论依据与实验支持.     

楔横轧同种材料层合轴的展宽段应力分析

中空结构轴类件具有显著减轻轴重的优势,但其成形制造困难。文章提出楔横轧层合轴的思路,应用DEFORM-3D软件对楔横轧同种材料层合轴和单层轴的成形过程进行有限元数值模拟,得到了双层同种材料层合轴及单层材料轴在展宽段的变形特征及应力分布规律的特点。通过对比两种轴的应力分布,总结出层合轴应力分布的形成原因,以及应力分布场对轧制实验中同种材料结合理论的指导意义。通过实验,验证了楔横轧同种材料层合轴的可行性,为楔横轧轧制同种或异种层合轴的深入研究提供了理论依据。     

电弧离子镀CrN涂层的制备及性能研究

用电弧离子镀技术在W18Cr4V高速钢试样上制备了CrN涂层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱议、显微硬度仪、磨损试验机等对涂层的表面形貌、相结构、硬度和耐磨性进行了分析.对比研究了经工艺优化后的CrN涂层和TiN、TiAlN涂层以及未涂层钻头干式钻削7075铝合金的切削性能,得出了最佳的沉积偏压和切削转速.结果表明,偏压为-50～-150 V时,涂层均由Cr2N 相和CrN相组成,随偏压增加,涂层表面粗糙度降低,硬度和耐磨性增强;偏压过高,涂层的微观质量和性能反而下降.偏压为-100 V时,涂层的硬度和耐磨性最佳.CrN涂层可显著提高高速钢刀具的切削性能,减小刀具磨损,延长刀具寿命.其钻削性能优于TiN、TiAlN涂层,明显优于未涂层.2 230 r/min为CrN涂层的最佳切削转速,经工艺优化后的CrN涂层钻头平均寿命约为未涂层钻头的5倍,其破损机制属于粘着磨损.     

不均匀温度场楔横轧棒材的组织与性能

用FEM方法对不均匀温度场三辊楔横轧棒材的轧制过程进行了数值分析,分析了轧后轧件径向截面上温度及等效应变的分布规律,并通过实验研究分析测定了截面上不同位置处的显微组织及力学性能。结果表明:不均匀温度场三辊楔横轧棒材轧后温度场与等效应变在轧件径向截面上成环形分布,且心部温度高变形量小,由心部向外温度逐渐降低变形程度逐渐增大。轧后轧件径向截面上不同位置处组织及性能存在一定的差别。轧件心部为珠光体与先共析铁素体组织,外层边缘为球化渗碳体与铁素体组织。     

细长轴楔横轧模具设计及仿真实验

细长、锥形阶梯轴类大断面收缩率零件(断面收缩率>75%)成形,是楔横轧新技术较特殊的一种成形形式,具有广阔的应用前景,其在成形建筑用材、汽车关键轴类零件等起着不可替代的作用。基于目前对细长、锥形阶梯轴的研究尚不多见,对其成形规律、缺陷的产生机理也缺少了解,该文根据细长轴的几何特殊性,进行了相应的模具设计和布楔设计;基于DEFORM有限元平台,对轧制全过程进行模拟,得到了各模具参数对应力应变的影响变化规律,并利用遗传算法对模具进行了多目标优化设计。     

偏心圆截面轴类零件的楔横轧成形数值模拟

提出了一种偏心轴类零件楔横轧成形新工艺,给出了楔横轧成形偏心轴类零件轧辊的辊型曲面.利用三维弹塑性有限元软件LS-DYNA对一种典型偏心轴类零件楔横轧成形进行了数值模拟,分析了其成形过程、应力应变场分布及工艺特点.模拟结果表明,从起楔开始就将坯料轧制成偏心圆截面的偏心轴类零件的楔横轧工艺是完全可行的,而且具有轧制力小、变形容易控制等优点.     

活性剂对激光-电弧复合焊接的影响

提出了激光-电弧复合活性焊接法,以提高小功率激光-电弧复合焊接的熔深.在待焊不锈钢表面涂覆一层活性剂,然后进行激光-电弧复合焊接.研究了工艺参数对焊缝成形性的影响,并对焊接接头的组织性能进行了分析.结果表明,涂覆活性剂后可以使复合焊接的熔深增加,并且可以细化复合焊焊缝组织.复合焊接头与复合活性焊接头的显微硬度变化规律一致.复合活性焊接头的抗拉强度较高,达到母材抗拉强度的92%.复合活性焊接头的腐蚀速率低于复合焊接头的腐蚀速率,具有良好的耐蚀性能.     

激光-电弧复合焊接热源布置方式对焊缝组织和性能的影响

以低合金高强钢为试验材料,采用Nd:YAG激光-MAG电弧复合焊接的方法,研究了激光与电弧的前后布置方式对焊缝形貌、组织和性能的影响。结果表明:电弧引导时焊缝主要以柱状晶为主,焊缝中心有少量的树枝晶,电弧区的柱状晶生长出二次枝晶,二次枝晶非常细小和致密,激光区的二次晶枝较粗且稀疏。激光引导的电弧区为柱状晶和树枝晶,但柱状晶较短并具有明显的层状特征,激光区中心为等轴晶,两侧为树枝晶和柱状晶,晶枝及晶枝臂粗大,晶枝臂间的间隙较小,焊缝区冲击功平均值比电弧引导时提高了33%,冲击断口的形貌表明:电弧引导时,韧窝较浅,并且存在较多的穿晶断裂区,而激光引导时韧窝较深,韧窝边缘较锐利。电弧引导比激光引导的热影响区窄,板条马氏体的晶粒相对较小。     

异质双丝电弧喷涂制备复合涂层的工艺优化

异质双丝电弧喷涂是利用两根不同材质金属丝制备复合涂层的一种工艺. 对于熔点相差较大的丝材组合,常出现高熔点材料熔化不完全、频繁断弧的现象. 为此文中提出了异步送丝的电弧喷涂方法,并对碳钢丝—铝丝双丝组合喷涂的电弧区行为展开了研究. 结果表明,异步送丝的电弧喷涂设备可有效解决熔点差别较大的异质双丝电弧喷涂时的稳定性问题. 最后使用扫描电镜和X射线衍射仪对Fe-Al复合涂层的组织进行表征,表明异质双丝电弧喷涂过程中阴阳两极材料间基本不发生冶金反应,形成的是一种铝软质颗粒和碳钢硬质颗粒交错叠加的机械混合涂层.     

MAG和激光扫描-电弧复合焊X80钢接头组织和性能

针对不同预热条件下X80M钢管道全自动焊接接头,开展了裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement, CTOD)的差异性研究. 采用单边缺口3点弯曲试样进行CTOD试验,按照GB/T21143-2014标准和ISO15653-2018标准推荐的公式分别进行CTOD值的计算. 结果表明,两种计算公式结果不同,采用ISO 15653-2018标准推荐公式计算CTOD值结果与GB/T21143-2014标准相比平均偏高35%,差异出现的原因是两种标准的修正方式侧重点不同,即GB/T21143-2014标准针对裂纹长度变化进行修正,而ISO15653-2018标准针对测试温度的影响进行修正. 预热温度为80 ℃的接头试样CTOD值整体较低,其中按GB/T21143-2014标准计算有3个试样低于标准,最低为0.16 mm,按ISO 15653-2018标准计算有1个试样低于标准,最低为0.20 mm;预热温度为120 ℃时,所有试样在两种标准下计算的CTOD值均满足标准要求,焊接接头断裂韧性更好. 相同预热条件下,熔合区试样CTOD值整体高于焊缝区试样,且CTOD最大值均出现于熔合区,具有较好的断裂韧性,熔合区CTOD值受组织不均匀性的影响,不同位置间存在较大差异,存在性能的不均匀性.

     

MAG和激光扫描-电弧复合焊X80钢接头组织和性能

在激光焊接打底情况下,对比研究了熔化极活性气体保护电弧焊(MAG)和激光扫描-电弧复合焊(OLAHW)工艺对X80管线钢接头成形、显微组织和力学性能(显微硬度、拉伸性能和冲击韧性)的影响规律.?结果表明,两种工艺下均能获得无气孔、夹渣和裂纹缺陷,成形良好的焊接接头,接头组织均主要由针状铁素体(AF)和M-A组元组成.?...     

齿顶斜率对楔横轧螺旋齿形件成形质量的影响

针对车削、铣削等机加工方法加工大直径螺旋齿形件时加工效率低、材料浪费率高、工件齿形承载强度低等问题,提出楔横轧轧制螺旋齿形轴类件的工艺方法。文章采用DEFORM-3D有限元分析软件模拟和轧制实验验证相结合的方法,详细分析了模具齿顶斜率对梯形螺旋齿形件外形尺寸(齿高、螺距)的影响规律,以及不同齿顶斜率对轧件中心产生破坏的影响规律,得出齿顶斜率的优化区间。研究结果对楔横轧轧制螺旋齿形件的模具设计及成形规律的深入研究提供了重要的参考依据。     

Investigation of the corrosion behaviour of laser-TIG hybrid welded Mg alloys

The paper presents the corrosion behaviour of the laser-tungsten inert gas welded Mg alloy. The effects of microstructure variations of Mg alloy joint on the corrosion behaviour and reliabilities of joint are investigated. The results demonstrate that the effects of some weld defects and precipitated phases on the corrosion behaviour of weld joint are very little, and corrosion resistance of joint is predominantly influenced by grain refinement or interactions of grain refinement and continued net-shaped β phases. Moreover, the corrosion resistance of weld joints and welding mode (butt and lap joint) keep a close relation, which must not be ignored.     

Influence of tool parameters on internal voids in cross wedge rolling of aluminum alloy parts

The internal void of cross wedge rolling (CWR) part can be treated as porous material due to their similar physical property and deformation characteristics. Aiming at the CWR process of aluminum alloy 7075 workpiece, the numerical simulation model for internal void was established by means of the rigid-plastic FEM method for the porous material. The relative density was used to research the influence of three primary parameters on the internal void in CWR process, including the forming angle α₁, the stretching angle β and the area reduction ΔA. The experimental results show that the expansion of internal void occurs in the stretching zone, and the knifing zone just has a little influence on it. The stretching angle has a great influence on the internal void, while the area reduction has a small influence on it. The size of internal voids decreases with the increase of area reduction, stretching angle and forming angle. When designing the CWR tool geometry and operating conditions, to prevent the internal void, the area reduction is suggested to be 55%–65%, the stretching angle to be 8°–10°, and the forming angle to be 29°–32°.     

模具参数对楔横轧铝合金轧件内部空洞的影响(英文)

通过分析楔横轧内部空洞(疏松)缺陷的物理性质和形成特征,将内部空洞视为多孔材料,利用多孔材料的刚塑性有限元方法,建立7075铝合金坯料内部空洞缺陷的数值模型。采用相对密度研究成形角、展宽角、断面收缩率对内部空洞缺陷的影响规律。结果显示:内部空洞的扩展主要发生在展宽段,楔入段对它的影响很小。展宽角是影响内部空洞产生的主要因素,而断面收缩率的影响较小。成形角、展宽角、断面收缩率越大,越不易发生内部空洞缺陷。在模具设计时,为了防止铝合金坯料轧制后产生内部空洞缺陷,断面收缩率应选择在55%～65%之间,展宽角在8°～10°之间,成形角在29°～32°之间。     

钢/铅双金属结构熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺与界面组织研究

采用熔滴沉积复合钨极氩弧焊(TIG)电弧增材制造工艺实现了45钢/锡铅合金双金属结构的直接冶金结合。利用OM、SEM、XRD等研究了钢/铅双金属增材制造结构界面不同位置特征区域的金相组织、界面元素分布和主要物相。结果表明,采用熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺成形的钢/铅双金属结构界面无明显裂纹、孔隙等宏观冶金缺陷;根据钢/铅界面金属间化合物(IMCs)的分布状态判定,铅合金熔滴在45钢表面的冲击、铺展过程中,同时存在“反应性润湿”和“惰性润湿”,反应性润湿界面存在微小波动并且界面处IMCs为FeSb₂和FeSn₂,惰性润湿界面未析出反应产物且存在微孔隙缺陷。熔池中心处的界面IMCs层厚最大,IMCs层厚约为6μm,随着测试位置逐渐远离熔池中心,界面IMCs层厚呈非线性递减趋势。     

椭圆截面轴类零件楔横轧成形关键技术研究

提出了用楔横轧工艺成形椭圆截面轴类零件的一种新工艺,推导了随转速比变化的模具辊形曲线,采用三维刚塑性有限元软件Deform-3D对成形过程进行了数值模拟.在轧制过程中,轧件在模具的作用下径向压缩、轴向延伸的同时椭圆轮廓在模具顶面辊形曲线的作用下,逐渐轧制成形;得到了在楔入段、展宽段变化稳定,精整段呈周期性跳动的轧辊与轧件转速比变化曲线,以及周期性波动的力能参数曲线.     

不同端部形状下工艺参数对楔横轧轧件凹心深度的影响

运用Deform软件对不同端部形状下楔横轧轧件的成形过程进行了数值模拟,采用四元二次正交旋转组合设计法研究了平端面和锥形端面下各工艺参数对轧件凹心深度的影响规律,用DPS9.50软件分析得到了平端面下轧件凹心深度的回归方程。结果表明,平端面坯料凹心深度与展宽角成反比,随断面收缩率的增大先增大后减小,随轧制长度的增大先增大后趋于不变,随成形角的增大先减小后增大,而锥形端面坯料凹心深度受工艺参数的影响不大,且锥形端面下轧件凹心深度要明显小于平端面下凹心深度。提出采用锥形端面坯料的方式来有效控制端面凹心。最后通过轧制实验,验证了该回归方程的可信度和采用锥形坯料的方式来减小凹心深度的可行性。     

双面堆积对电弧增材制造直壁件变形及应力的影响

针对传统电弧增材制造单面堆积所导致单向热累积问题,文中提出采用双面堆积的策略,即在基板的两面交替堆积相同的材料来平衡传统单面堆积的单向热输入产生的围绕成形件中性轴的较大的弯矩,从而减小单面堆积成形件的单向翘曲变形,并通过单道4层直壁零件的单面堆积和双面堆积的热力耦合数值仿真和对应的试验进行验证。研究结果表明,双面堆积策略可有效减小基板和直壁件的翘曲变形,改善成形件残余应力分布,从而验证了所提出策略的有效性。文中的研究结论可以为电弧增材“形、性”并行的调控提供理论依据和参考。