层错能在剧烈剪切变形时对晶粒细化的影响

基于等通道角挤压晶粒细化技术,研究不同材料在相同工艺条件下为什么其晶粒演化过程会出现较大的差异,提出晶体结构与层错能在等通道角挤压过程中的剧烈剪切变形对纳米/超细晶粒组织塑性变形及晶粒细化机制的影响。试验采用中低层错能的面心立方晶格纯铜和中高层错能的体心立方晶格中碳钢作为试验材料,挤压工艺采用冷挤压和Bc工艺路径。试验结果表明,中高层错能的体心立方晶格金属是以交滑移和位错分割方式使晶粒细化;中低层错能的面心立方晶格金属是以位错分割和孪生方式使晶粒细化。金属层错能越高,剧烈剪切变形时交滑移作用越大,晶粒细化的速度也越快。体心立方结构的钢在等通道角挤压四道次后可获得均匀的纳米/超细晶粒组织,而面心立方结构的铜挤压八道次后才可获得均匀的超细晶粒组织。     

超声振动辅助电解加工成形规律研究及试验

超声振动辅助电解加工可以有效提高加工效率、改善加工精度。对超声振动辅助电解加工成形过程进行了分析,研究其加工成形机理,并根据加工成形质量对加工参数进行优选。设计了3种不同截面形状的柱状阴极工具进行超声振动辅助电解加工微孔的试验研究,分析了极间脉冲电压、占空比和振动加工方式等参数条件对加工效率、表面质量及微结构入口尺寸的影响规律。试验结果表明,超声振动改善了电解加工时的微孔边界成形作用环境,在加工阵列微孔时具有显著优势。当超声振动同步辅助电解加工的高频脉冲电压为4 V、占空比为40%时,加工深度、关键尺寸和表面粗糙度值达到了综合最优值。此外,加工工具的截面形状对工件的成形和表面质量也有一定的影响。     

预压力可调式超声振动挤压系统的表面压光试验研究

超声振动挤压加工(超声压光)技术是利用超声电信号驱动振子前端的挤压工具头产生高频振动,对工件进行每秒数万次的冲击,使工件表面材料产生塑性变形。利用预压力可调式超声振动挤压加工系统对40Cr棒料进行振动挤压加工试验,得到了各加工参数对工件表面粗糙度的影响规律,并通过材料弹塑性理论和振动理论验证了此实验数据规律的正确性与可靠性;通过对挤压加工前后工件表面粗糙度的对比,表明此振动挤压加工系统可显著提高工件的表面质量。     

激光沉积成形用超声振动系统的研制

为了细化晶粒、均匀组织成分,将超声振动引入激光沉积成形系统中.针对沉积系统的结构特点,设计了超声振动系统,对其中的超声电源和换能器进行了选择,并对超声变幅杆进行了设计和计算;然后测试了系统性能,并采用工艺试验验证其效果;从试验试件的宏观形貌、内部组织两方面,分析了超声振动对沉积层组织的影响.结果表明施加超声作用后沉积层单道沉积高度变小,原本较长的枝晶被振动的各种效应打碎,晶粒得到细化.     

内花键齿形的振动辅助冷挤压细化晶粒的机理研究

为研究轴向振动冷挤压工艺中成形件组织演化规律,采用元胞自动机方法模拟了轴向冷挤内花键成形过程中毛坯的微观组织演化过程.发现施加辅助振动的冷挤工艺加工出来的内花键平均晶粒尺寸明显小于无辅助振动时的平均晶粒尺寸.通过正交试验,分析了振动频率、振动幅值和挤压速度对成形件微观组织的影响规律.方差分析的结果表明,振动幅值对齿根部位晶粒平均尺寸影响最显著,而对节圆与齿顶部位晶粒尺寸影响最显著的分别是振动频率和挤压速度;振动频率对成形件齿根和节圆部位的平均晶粒均匀度影响最显著,挤压速度对齿顶的晶粒均匀度影响最显著.对辅助振动参数影响晶粒细化的机理进行了总结.     

ECAP与ARB纯铝的微观组织和力学性能的比较

采用ECAP和ARB2种剧烈塑性变形方法对L2纯铝进行加工，对比分析了材料的微观组织和力学性能变化。结果表明，ECAP和ARB都能细化晶粒、增加硬度、提高抗拉强度。但由于ECAP和ARB细化晶粒的机理不同，所以经过相同变形量后纯铝的晶粒细化程度不同，显微硬度和抗拉强度的增幅也不同。ECAP10道次后等轴晶均匀，晶粒大小约为1μm；ARB轧制7道次后超细晶增多，晶粒最小可以细化到500nm左右。     

新的等通道转角挤压工艺路径研究

等通道转角挤压(ECAP)是目前制备块状超细晶粒材料最具工业前景的工艺之一,研究ECAP变形机理从而优化工艺参数具有十分重要的意义。自主研究了一种不同于现有的挤压路径。通过塑性成形软件DEFORM-3D对Bc路径和45路径挤压过程进行模拟比较,分析了两种路径挤压过程中等效应变值及等效应力随挤压道次的变化规律。用两种路径分别对试样挤压8和16道次后,45路径产生的等效应变值均略高于Bc路径;8道次过后,45路径形成的等效应变值分布范围也比Bc路径更集中;但16道次过后,Bc路径形成的等效应变值分布范围比45路径集中。随着挤压道次的增加,两种路径形成的等效应变值的上升趋势基本一致,等效应力基本保持不变。研究表明:45路径具有细化能力强,变形剧烈和变形均匀等优点,是一种有效的新的ECAP挤压路径。     

振动技术在金属凝固中的应用与发展

介绍了机械振动和超声波振动在金属凝固过程中作用的研究现状，分析了在金属凝固过程中施加振动可以细化晶粒、改善组织、提高性能的原因，并对21世纪振动细晶技术的前景进行了展望。无污染的物理细晶技术无疑将在新世纪倍受关注，超声波在冶金中的应用有望再度成为材料领域的研究热点，而输出峰值高、负荷小的电磁脉冲超声波将会成为超声凝固细晶技术的新亮点。     

等径角轧制ZK60镁合金板材的组织与性能

对采用等径角轧制工艺（ECAR）制备的ZK60镁合金板材研究发现,与直接轧制的板材相比,等径角轧制板材的晶粒取向由（0002）基面取向演化为非基面取向,经等径角轧制后,板材晶粒没有得到细化,同时形成了大量的平行排列的细密孪晶,强度明显提高。与1个道次直接轧制的板材相比,1个道次等径角轧制的板材其抗拉强度由271．7Mea增大到328．3MPa,但伸长率由25．5％降低至8．5％。     

压扭成形中优化摩擦条件的研究

大塑性变形工艺即在外力作用下通过特制模具,使常规粗晶材料内部发生大的塑性变形,从而达到细化晶粒、改善材料性能的目的。用此方法制备块体纳米材料的研究热点主要集中在等通道角挤压法和高压扭转法。本文主要就改进HPT工艺的摩擦接触条件进行讨论。     

Research on unbounded abrasive polishing process with assisted ultrasonic vibration of workpiece

Ultrasonic-assisted machining was an effective method to improve the material removal quality especially to difficult-to-cut metal materials. The ultrasonic vibration was usually superimposed on the machining tool but seldom on the workpiece, although the ultrasonic vibration of workpiece could improve the processability of material more effectively. In this paper, a rectangle hexahedron ultrasonic sonotrode with optimized slots was developed as a platform to realize the assisted ultrasonic vibration of workpiece and the ultrasonic-assisted polishing process of austenitic stainless steel was also studied. The unbounded abrasive was selected as polishing medium, and the path compensation strategy of soft polishing tool was carried out for getting uniform polishing force. The orthogonal experiments were designed to study the optimization of ultrasonic polishing parameters and the relation between different types of ultrasonic polishing path and polishing quality. The results appear that the horizontal ultrasonic vibration of workpiece can reduce polishing force and improve polished surface roughness, which can also reinforce the proportion of plastic shear effect in the material removal process. The ultrasonic polishing path keeping consistent with workpiece vibration direction can get more uniform polishing force and better surface roughness. And the 45° oblique crossing ultrasonic path can get the maximum average polishing force reduction by 75.2 %.     

轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模

以单颗磨粒为对象,分析轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上,将磨削力分为切屑变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切屑变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒运动方向与主切削方向间的夹角;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。基于此建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力模型。通过对21Ni Cr Mo5H进行了轴向超声振动辅助磨削的磨削力试验,确定了模型中的常数,并验证了所建模型的正确性。建立的磨削力模型是轴向超声振动辅助磨削的磨削力预测的一种有效方法,对轴向超声振动辅助磨削机理的认识具有较大意义。     

超声振动辅助气体介质电火花加工研究

简述了超声振动辅助气体介质电火花加工原理，并设计开发了相应的实验机床。实验结果表明：工具电极做超声振动时的材料去除率比工件做超声振动时的材料去除率要小；材料去除率随峰值电压、峰值电流、脉冲宽度、气体介质压力的增大而增大，随脉间宽度、工具电极壁厚的增大而减小。简述了超声振动辅助气体介质电火花加工材料蚀除机理。     

一维斜向超声振动辅助磨削滚动轴承钢工艺及试验研究

针对目前只有一维轴向、一维切向等振动方向不变的一维超声振动辅助磨削的情况,首次提出了一维斜向超声振动辅助磨削工艺方法。利用MATLAB对一维斜向超声振动辅助磨削磨粒的运动轨迹进行了模拟分析。建立了超声振动试验系统的动力学模型。通过对超声振动工作台的模态分析,研制了一维斜向超声振动辅助磨削试验系统,对不同角度下超声振动辅助磨削滚动轴承钢的磨削力及表面粗糙度值进行了研究,探究了磨削力及表面粗糙度值随超声振动方向的变化规律。多次试验结果表明,超声振动角度为67.5°附近的表面粗糙度值明显优于其他角度的表面粗糙度值,磨削力也有减小。对正交试验结果的极差分析得出：当超声振动角度为67.5°、砂轮速度为20m/s、工件速度为0.5m/min以及磨削深度为4μm时,加工后的工件表面粗糙度达到最低值,其中工件速度是影响表面粗糙度的最重要工艺参数。     

径向超声振动辅助锯切光学玻璃

本文通过在锯切用超薄切割砂轮的径向上辅加超声振动的方法,对两种不同物理特性的光学玻璃进行锯切加工实验,探索了径向超声振动对光学玻璃锯切过程的影响。理论分析了超声振动锯切过程中的锯切力和锯切比能,给出了单颗磨粒在普通锯切与超声振动锯切时的切削路径。采用有无超声振动辅助锯切两种方式对K9玻璃和石英玻璃进行锯切实验,分析了超声振动对光学玻璃锯切力和锯切比能的影响。结果表明,相比于普通锯切方式,除了受到加工参数的影响外,超声振动辅助加工时K9玻璃和石英玻璃的锯切力减少幅度分别在30%~50%和50%~65%,锯切比能分别减少了30%~45%和50%~60%。径向超声振动辅助锯切使材料产生微破碎,具有减小锯切力和比能的作用,因此有利于提高光学玻璃材料锯切效率和改善加工质量。     

超声振动螺线磨削表面微观形貌建模与仿真研究

为了实现高效率、高质量、低损伤的硬脆材料加工,对工件或砂轮同时施加砂轮轴向和径向的超声振动,该方法的显著特点是磨粒切削轨迹呈三维空间螺旋线型,将其定义为超声振动螺线磨削方法。在磨削工艺和二维超声振动的多参数共同作用下,材料去除机理产生复杂变化,表面微观形貌创出过程变得极其复杂。为此,提出一种超声振动螺线磨削加工表面数值仿真方法。基于超声振动螺线磨削几何映射关系,建立磨粒相对工件的空间螺旋线切削运动模型,进而给出超声振动螺线磨削加工表面生成模型,模拟出普通磨削和超声振动磨削的三维表面微观形貌,对比分析了超声振动对表面形成过程的影响规律。最后将仿真表面与磨削试验表面对比,发现两者微观形貌特征规律基本一致,验证了仿真方法的正确性和有效性。     

高速超声振动切削钛合金可行性研究

钛合金由于其出色的机械性能广泛的应用于航空航天结构组件中。但较低的机械加工性使得钛合金切削速度低,即使在使用先进的切削刀具时,也因切削高温而难以进行高速切削加工。断续切削是一种有效地降低切削温度和改善切削质量的方法,作为典型的断续切削方法,传统超声振动切削（Traditional ultrasonic vibration cutting,UVC）和椭圆超声振动切削（elliptical ultrasonic vibration cutting,EUVC）已取得了显著的加工优势。但振动切削临界速度限制了它们的应用仅在低速切削场合。因此一种新的超声振动切削方法被提出,即高速超声振动切削（High-speed ultrasonic vibration cutting,HUVC）,此时刀具的振动方向与进给方向平行。当切削速度远远超过UVC和EUVC方法的临界速度时,刀具和工件依旧可以在一定的条件下实现分离。从而HUVC方法实现了宏观上的高速切削和微观上的断续切削,提升了钛合金的切削加工性。首先,HUVC方法的原理在文中给出,随后通过一系列使用普通切削（Conventional cutting CC）方法和HUVC方法的高速切削Ti-6Al-4V合金的对比试验来验证HUVC方法的可行性。试验结果表明,因刀具磨损的显著下降,HUVC方法的刀具寿命可最大提升300%。此外,相比CC方法,HUVC方法的切削效率可以显著提升90%,切削力最大下降50%并在连续的切削加工过程中获得更佳的表面质量。     

超声振动铣削加工参数对切削力的影响

为了改善传统铣削钛合金的加工条件,研究了进给方向超声振动辅助铣削对切削力的影响。定值计算了不同振动频率、振幅、铣削速度时的净切削时间比,建立了对工件施加超声振动的铣削加工三维有限元模型,根据仿真结果讨论了加工参数对进给方向切削力瞬时值的影响,并结合净切削时间比分析了加工参数对三个方向切削力平均值的影响。研究表明:施加超声振动后切削力明显减小;振动频率小于40kHz和振幅小于30μm时切削力平均值同净切削时间比变化趋势一致,当频率或振幅超过上述值时,刀具、工件间的摩擦力对切削力平均值的影响显著。     

Structure and microstructure evolution of Al–Mg–Si alloy processed by equal-channel angular pressing

An ultrafine grained Al–Mg–Si alloy was prepared by severe plastic deformation using the equal-channel angular pressing (ECAP) method. Samples were ECAPed through a die with an inner angle of Φ = 90° and outer arc of curvature of ψ = 37° from 1 to 12 ECAP passes at room temperature following route B_c. To analyze the evolution of the microstructure at increasing ECAP passes, X-ray diffraction and electron backscatter diffraction analyses were carried out. The results revealed two distinct processing regimes, namely (i) from 1 to 5 passes, the microstructure evolved from elongated grains and sub-grains to a rather equiaxed array of ultrafine grains and (ii) from 5 to 12 passes where no change in the morphology and average grain size was noticed. In the overall behavior, the boundary misorientation angle and the fraction of high-angle boundaries increase rapidly up to 5 passes and at a lower rate from 5 to 12 passes. The crystallite size decreased down to about 45 nm with the increase in deformation. The influence of deformation on precipitate evolution in the Al–Mg–Si alloy was also studied by differential scanning calorimetry. A significant decrease in the peak temperature associated to the 50% of recrystallization was observed at increasing ECAP passes.     

超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化层表面质量研究

采用超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化技术进行了65Mn钢表面硅电极表面强化.设计了工具电极超声振动辅助电火花脉冲放电表面强化机床;研究了超声振幅和频率对强化层表面粗糙度、表面和截面形貌、Si含量及相结构的影响规律.研究表明,选择合适的超声振幅和频率,可以提高强化层的表面粗糙度,改善强化层的表面形貌,使强化层厚度分布更...