难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺优化

目的 针对30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺,探究工艺参数对小模数齿形件成形质量的影响规律,分析工艺参数间的相关性,获得优化后的工艺参数组合。方法 选取小模数齿形件齿廓偏差、齿距偏差、轮齿饱和度为成形质量响应指标,以电流密度、占空比以及旋轮进给速度为影响因素,设计响应面试验方案;根据有限元模拟结果建立成形质量回归预测模型,分析电流密度、占空比以及旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量的影响规律,计算获得最优的参数组合并进行试验验证。结果 电流密度、脉冲占空比、旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量有显著影响,成形质量随着电流密度与占空比的升高而升高,随旋轮进给速度的升高而先升高后降低;且电流密度与旋轮进给速度、脉冲占空比与旋轮进给速度在对轮齿饱和度的影响上有一定的交互性;通过建立的回归模型预测得到的优化工艺参数如下:电流密度为17.5 A/mm²、脉冲占空比为40%、旋轮进给速度为0.6 mm/min。结论 回归模型预测值与试验值的相对误差小于8%,说明所构建的成形质量回归预测模型是准确的,利用优化后的参数可制备出成形质量良好的小模数齿形件。     

TA15钛合金筒-锥复合曲母线构件旋压成形工艺研究

TA15钛合金作为一种高比强度结构材料具有良好的室温和高温强度、热稳定性能,广泛应用于飞机、导弹和发动机等飞行器,实现关键受力构件的减重要求.本文针对钛合金筒-锥复合曲母线构件的特点,重点开展了TA15钛合金薄壁曲母线构件热旋压成形技术的研究,采用剪切旋压预成形,强力旋压/普通旋压多道次复合旋压终成形的工艺方案,获得了成形质量较好的TA15钛合金筒-锥复合曲母线旋压件.建立了多道次曲母线构件的有限元模型,结合旋压实验解释了强旋/普旋复合成形过程中出现的典型缺陷产生机制.对热旋压过程坯料的显微组织观察分析发现,剪切旋压对显微组织具有一定程度的晶粒破碎作用,多道次强旋/普旋复合旋压成形后显微组织沿构件轴向和切向都发生伸长.经历剪切旋压和多道次强旋普旋复合旋压成形后,坯料的微观组织更加细化,且均匀性得到改善.TA15钛合金旋压成形工件的单向拉伸实验结果表明,相对于原始坯料旋压件强度明显提高,塑性略有下降.     

电流辅助微成形技术研究进展

高强难变形金属材料微成形中普遍存在成形温度高、表面氧化严重、模具寿命低等问题,迫切需要发展提高难变形材料微成形潜力的新原理、新方法和新工艺。电流辅助微成形技术可以明显改善材料的塑性流动能力、优化微观组织、改善表面质量、提升构件综合力学性能,在突破高强难变形材料制造瓶颈方面具有巨大潜力。基于此,从电流诱发的非热电致塑性效应(电子风)、焦耳热效应和次生效应(裂纹愈合、局部电势)等方面综合评述了电致塑性效应的物理机制,分析了电流激励下材料成形性和应力降等力学性能的响应规律,并从电流对材料回复、再结晶及相变等微观组织的影响方面探讨了电致塑性效应的微观作用机理,进而讨论了近年发展的一些电流辅助微成形工艺,总结并提出了电流辅助微成形技术在理论和工艺方面面临的挑战。     

钛合金电流辅助成形工艺研究进展

轻质高强材料钛合金因其室温难变形的特性,在一定程度上影响了其应用,电流辅助作用对材料变形具有增塑效应,故采用电流辅助作用成形钛合金有一定的研究意义。对电流辅助难变形钛合金成形进行了综合评述,梳理了钛合金变形电流辅助机理的研究现状,对电流辅助在钛合金塑性成形工艺的运用进行了归纳,最后对电流辅助钛合金成形进行了展望,为电流辅助在钛合金成形工艺中的进一步应用提供参考。     

不锈钢管冷旋压成形试验

介绍了3种奥氏体不锈钢材料的特性,主要旋压工艺参数对旋压成形的影响.在不同工艺参数下,采用三旋轮错距、无中间退火、直接强力冷旋压工艺,对3种奥氏体不锈钢管材料进行反旋压成形,分析了不同参数下奥氏体不锈钢管旋压成形的特点,提出了针对3种奥氏体不锈钢管冷旋压的合理工艺参数.     

小型燃油锅炉波形炉胆旋压成形工艺

波形炉胆是小型卧式锅壳式燃油燃气锅炉的重要部件,它的质量直接影响着锅炉的正常运行.采用模型压制成形工艺制造波形炉胆存在诸多缺点,难以保证其制造质量.文中介绍的波形炉胆旋压成形工艺却非常适合生产波形炉胆,可以明显提高产品质量和生产效率.     

大型筒体对轮强力旋压成形特征与规律研究

目的 研究大直径薄壁筒体在对轮强力旋压过程中的应力–应变分布情况和材料流动特征,探明减薄率、进给比和主轴转速等工艺参数对成形结果的影响规律。方法 利用Forge仿真平台建立2.25 m级5052铝合金筒体对轮强力旋压的有限元模型,分析筒体成形过程中的应力–应变状态和主要工艺参数对成形精度与旋压成形力的影响规律。结果 在对轮旋压成形过程中,筒体内外侧应力–应变呈对称分布,成形区域内材料呈扇形流动。工艺参数对成形工件壁厚精度和旋压成形力的影响主次顺序为:减薄率＞进给比>主轴转速。结论 各工艺参数的增大均会降低工件的壁厚精度,减薄率和进给比的增大会引起旋压成形力增大,而主轴转速增大会使旋压成形力轻微减小。     

高温合金Ω截面密封环旋压成形规律研究

目的研究工艺参数对高温合金Ω截面密封环旋压成形过程的影响规律,解决该类构件旋压成形难题。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金Ω截面密封环普旋三维有限元模型,通过该模型研究了旋压成形过程中的主要工艺参数对其等效应力、等效塑性应变、壁厚变化的影响规律,进而揭示了各参数对环件成形质量的影响。结果芯模转速增大,不均匀变形程度增大,等效应力峰值先增大后减小,壁厚减薄基本不变;增大旋轮进给率与旋轮圆角半径,均有利于降低不均匀变形程度和等效应力峰值,改善壁厚减薄。结论当芯模转速为10～15rad/s,旋轮进给率为0.8～1.0mm/r,旋轮圆角半径为1.5～2.0 mm时,可以获得成形质量较高的Ω截面密封环。     

带环形凸台薄盘形件旋压成形规律研究

目的 探明带环形凸台薄盘形件旋压成形工艺的可行性,揭示成形过程的特点、成形缺陷的类型和产生机制,以及工艺参数对成形极限的影响规律。方法 基于ABAQUS\Explicit有限元模型,分析成形过程中的材料流动、应力分布、缺陷的产生机制和工艺参数对成形极限的影响规律。结果 旋压成形过程分为内槽填充、轴向隆起和径向扩展3个阶段,应力场沿径向和周向呈梯度分布,坯料在径向扩展阶段由于受压失稳产生了凸台凹坑缺陷。成形极限随凸台增厚比、盘缘宽厚比和型槽倾角的增大而增大,随旋轮进给比f的增大,成形极限先增大后减小。结论 总结了增厚旋压工艺的成形特征、缺陷演化机制以及工艺参数对成形极限的影响规律,为带环形凸台薄盘形件旋压成形工艺的设计和优化提供指导。     

旋压成形过程缺陷控制方法及应用

金属材料的旋压成形具有材料利用率高、近终成形、适用范围广等优点,在薄壁回转体类构件成形领域有广泛应用。当前在先进制造技术快速发展的背景下,工业领域对旋压零件的成形质量要求日益增加。为改进旋压零件质量、提高生产效率、降低制造成本,以金属旋压成形质量控制为主要研究对象,首先给出了旋压过程控制原理,并分类阐述了普通旋压和强力旋压的基本特点。在此基础上,分析总结了普通旋压和强力旋压过程中的常见缺陷及控制方法,主要包括起皱、破裂、底部隆起、橘皮、压痕、回弹。通过采用较小合理的减薄率和适中的芯模转速进行工艺优化,制造出了高质量的5A06铝合金旋压零件,长度为900 mm,内径为165 mm,壁厚为2 mm,表面粗糙度Ra达到6.3 μm。     

工业纯钛TA2的焊接

本文根据工业纯钛TA2随着温度升高时的表面颜色变化,分析TA2焊接时的保护范围,经过计算确定焊接温度场,采用钨极氩弧焊对TA2进行对接焊接试验,通过外观检验、金相检验和力学性能检验来确定TA2的焊接工艺参数。实验结果表明,随着温度的升高,TA2表面颜色从银白色变为金黄色、蓝色、灰色、淡黄色,400℃时TA2表面颜色为金黄色,为保证焊接质量,在此温度以上需要保护;试样的拉伸、弯曲、显微硬度均满足要求,说明试验中的焊接参数符合要求,可以指导实际生产。本文也讨论了实际操作需注意的问题以获得良好的焊接接头质量。     

旋压成形损伤断裂缺陷预测研究进展

薄壁构件旋压成形中经常出现构件破裂的现象,给生产制造带来了巨大的经济损失。主要综述了旋压成形中破裂预测的研究进展及破裂预测的损伤模型的发展概况,并结合笔者的研究经历将不同损伤模型耦合到各向异性Barlat89屈服准则中,通过半隐式图形返回算法进行数值化,来实现应力、应变和损伤值等变量的更新。然后将不同断裂模型应用于各向异性2219-O铝合金剪切旋压破裂的预测,获得了不同断裂模型预测损伤值偏离其阈值不同程度的原因。最后展望了旋压成形破裂预测中仍然存在的难题和挑战。     

电脉冲辅助TA2钛合金管材气胀成形实验研究

目的研究电脉冲周期对管材成形性能的影响。方法对成形温度进行热电耦合数值分析,寻找到合适的电脉冲参数。对TA2钛合金管材进行了电脉冲辅助气胀成形实验,研究电脉冲周期管材胀形率、形状误差系数、微观组织、显微硬度分布的影响,分析电脉冲辅助胀形过程中动态再结晶现象。结果随着电脉冲周期的增大,管材膨胀率增大,形状误差率减小。当电脉冲周期增大到30 s时,膨胀率达到最大值42.7%,形状误差率仅为0.259%;电脉冲作用下,管材温度曲线呈现出明显的锯齿状上升,电能转化的温升与计算结果相近;EBSD观察发现材料在较低的温度(600℃)下发生了动态再结晶现象,组织细化,塑性提高。结论随着电脉冲周期的增大,管材塑性提高,环向变形均匀性得到改善。低频电脉冲的引入使TA2钛合金再结晶温度降低,晶粒发生细化。     

TA2纯钛材阳极氧化着色工艺

对钛及钛合金进行阳极氧化处理可提高其作为生物医用材料的性能.将TA2纯钛片在磷酸、葡萄糖酸钠混合溶液中阳极氧化得到不同颜色的氧化膜,研究了电解液配方、阳极氧化工艺参数(电压、电流密度、氧化时间、电解液温度)、基材酸洗前处理以及氧化膜封孔后处理对氧化膜质量的影响.结果表明:磷酸浓度影响膜层的均匀性和颜色深浅,葡萄糖酸钠浓...     

TA5钛合金的应变补偿物理本构模型和加工图

使用Gleeble-3800热模拟试验机对TA5钛合金进行等温恒应变速率压缩,研究其在变形温度为850~1050℃、应变速率为0.001~10 s^-1和最大变形量为60%条件下的高温热变形行为;建立了引入物理参量的应变补偿本构模型,并根据DMM模型得到了加工图。结果表明：TA5钛合金为正应变速率敏感性和负变形温度相关性材料;考虑物理参量的应变补偿本构模型具有较高的预测精度,其相关系数R为0.99,平均相对误差AARE为8.95%。分析加工图和观察微观组织,发现失稳区域(850~990℃,0.05~10 s^-1)的主要变形机制为局部流动;稳定区域(870~990℃,0.005~0.05 s^-1)的主要变形机制为动态回复和动态再结晶。TA5钛合金的最佳热加工工艺参数范围为870~990℃和0.005~0.05 s^-1。     

考虑摩擦效应的工业纯钛TA2热压缩变形本构方程及热加工图

目的 研究工业纯钛TA2在变形温度为800～950℃、应变速率为0.001～1 s-1、压下量为50%条件下的热压缩变形行为,构建材料高温本构方程及热加工图。方法 利用Gleeble–3500热模拟试验机进行热压缩试验,对实测流变曲线进行摩擦修正,通过线性回归拟合等方法建立本构方程,基于动态材料模型构建工业纯钛TA2热加工图,确定材料最佳热变形区域。结果 工业纯钛TA2热变形激活能Q为473.491 kJ/mol,应力指数n为3.876 6;最佳热变形参数为变形温度850～950℃、应变速率0.02～0.35 s-1。结论 工业纯钛TA2摩擦修正后的流变应力值均低于实测值,流动应力随变形温度的升高和应变速率的减小而降低。所建立的Arrhenius本构模型可较为准确地描述工业纯钛高温流变行为。工业纯钛TA2在中高温中等应变速率条件下加工性能良好,该区域材料发生了动态再结晶组织转变。     

钛合金板材无模多点成形试验研究

介绍了成形性能较差、需加工成三维曲面形状的钛合金板材的无模多点成形技术,解决了试验中出现回弹、起皱等问题,证明钛合金可利用无模多点成形方法成形出线型较复杂的三维曲面,成形效果良好。     

黏结剂喷射3D打印工业纯钛TA1的组织与性能研究

目的 探究不同类型黏结剂对黏结剂喷射3D打印(BJ3DP)制备TA1的C和O杂质含量、组织、性能的影响,并基于优选的黏结剂通过BJ3DP成形TA1,厘清烧结温度对微观组织、力学性能和电化学腐蚀性能的影响,为BJ3DP制备高性能TA1零件提供参考。方法 基于BJ3DP打印技术,使用商用酚醛和2种自研黏结剂打印出纯钛TA1生坯,并将其固化、脱脂,随后分别在1 320、1 380、1 440 ℃下烧结,对烧结后的样品进行C和O含量检测、扫描电镜测试、单向拉伸测试、电化学腐蚀试验测试。结果 采用商用酚醛和SCUT-1黏结剂BJ3DP打印的TA1样品经1 320 ℃烧结后,C和O含量较高且形成了TiC第二相,导致室温脆性较大。采用SCUT-2黏结剂BJ3DP制备TA1烧结态样品的C和O含量较低,质量分数分别为0.038%和0.100%,无第二相形成,并表现出良好的强度-塑性匹配。同时,随烧结温度的提高,基于SCUT-2黏结剂BJ3DP制备的TA1样品的相对密度从91.9%提高至95.4%,促使力学和电化学腐蚀性能同步提升。经1 440 ℃烧结后,BJ3DP制备的纯钛TA1屈服强度为412 MPa、抗拉强度为502 MPa、断后伸长率为19.6%,在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀电流密度低至309 nA/cm²。结论 SCUT-2黏结剂适用于BJ3DP成形钛及其合金,能够获得杂质含量低且无第二相的组织,提高烧结温度可有效降低孔隙等缺陷,进而获得综合性能优异的BJ3DP零件,且其性能优于粉末注射成形(MIM)制备的TA1的性能。     

TA4纯钛带材各向异性屈服行为表征与研究

目的 基于复杂加载状态试验和先进屈服准则,实现考虑塑性演化的TA4纯钛在复杂加载状态下塑性各向异性行为的精确表征。方法 通过0°、45°、90°方向的单拉试验和复杂加载比例的十字形试件双向拉伸试验,获得TA4纯钛的基本力学性能参数和拉伸屈服轨迹,采用不同的屈服准则对试验屈服轨迹进行预测,并通过变r值的屈服准则预测其屈服轨迹的塑性演变规律。结果 在小变形范围内,Yld2000?2d屈服准则对TA4屈服轨迹的预测精度最高;塑性变形过程中,呈线性增大趋势的r值与TA4纯钛的屈服轨迹演变现象直接相关。结论 试验与理论屈服轨迹的对比表明,Yld2000?2d屈服准则可以实现TA4纯钛初始屈服行为的精确表征。TA4纯钛带材的r值随塑性变形呈线性增大趋势,考虑塑性演化的Barlat89屈服准则预测的TA4屈服轨迹外凸性更显著。在TA4纯钛带材冲压成形过程的有限元分析、模具设计和工艺优化中,仅考虑初始屈服轨迹时,可采用Yld2000?2d屈服准则;当各向异性特征存在较强的塑性演化相关性时,可采用形式相对简单的Barlat89屈服准则。     

低温钛合金材料应用现状及发展趋势

随着对深空领域的进一步探索,氢氧发动机以其大推力、高稳定性、无污染等优点受到了越来越多的重视。低温钛合金作为氢氧发动机低温结构的重要材料,直接影响着氢氧发动机的综合性能。以TA7ELI,TC4ELI,CT20为重点对象,详细介绍了低温钛合金的发展历史及研究现状,对目前各国广泛应用的低温钛合金性能进行了综合对比,同时介绍了低温钛合金在不同温度下的变形机理及失效形式。此外,对低温钛合金的主要成形工艺进行了详细论述。最后,基于以上介绍,提出低温钛合金未来应该朝着更高性能、更低成本以及开发新型成形工艺3个方向发展。