电子束扫描铝合金表面强化处理的研究

电子束扫描表面改性处理可以提高铝合金材料的硬度、增加耐磨性.本文采用电子束加热技术对铝合金ADC12进行熔凝、纳米Al-Fe合金化、Al-Al2O3陶瓷化三种表面处理,利用扫描电子显微镜(SEM)、EDAX能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析测试手段,分别分析三种改性层的金相组织和物相构成,测试了硬度和摩擦磨损性能,比较了三种改性处理方式优缺点.     

扫描电子束钎焊温度场数值分析

根据不锈钢毛细管板结构的钎焊特点,建立了扫描电子束钎焊温度场三维有限元分析模型。有限元计算结果与试验结果一致,证明所建立的温度场模型是合理的。利用该模型预测了束斑直径、扫描半径和束流三个工艺参数对扫描电子束钎焊温度场的影响。结果表明:大束斑直径、大扫描半径和小束流的扫描方式可以获得钎焊所需的局部均匀的温度场。利用有限元分析得到的优化工艺参数对毛细管板结构件进行了扫描电子束钎焊试验,获得了良好的钎焊接头。     

热辐射处理制备VC涂层的温度-应力场有限元分析

利用ANSYS有限元软件对热辐射处理制备VC(碳化钒)涂层进行建模,分析了涂层厚度、加热温度及加热时间对VC涂层温度场-应力场的影响规律。结果表明,不同温度下涂层沿x轴方向温度变化的趋势均呈上升趋势;涂层最高温度(837℃)与加热温度(850℃)相差15℃左右,温度差值约1.52%;不同厚度下温度的变化趋势均为递减,当厚度为6μm时,温度递减的趋势较平稳,未出现峰值,当涂层厚度增加时,应力值先增加然后减小,在厚度为6.3μm时发生突变,而后呈递增趋势;考虑应力、厚度因素对涂层性能的影响,涂层最佳厚度应为5～6μm。     

机车制动盘三维瞬态温度场与应力场仿真

基于三维循环对称有限元模型,提出了机车制动盘制动过程中温度场和应力场的计算方法。讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法,尤其是机车整个制动过程中制动盘换热系数的计算方法。同时运用有限元软件ANSYS7进行了制动盘及相关部件三维瞬态温度场和应力场的仿真与分析。仿真结果表明:在制动开始阶段,制动盘迅速升温,高温区集中在制动盘摩擦面表层,最高温度达220℃;制动过程结束后,整个制动盘有一段较长时间的降温过程;制动盘系统各部分的最大热应力-时间曲线变化规律不一致,但均满足材料强度要求。仿真结果与实验数据相符,证明了该三维有限元模型及其温度场计算方法的正确性。     

电子束扫描铝合金表面纳米陶瓷化

电子束表面处理可以提高铝合金材料的表面硬度和耐磨性.本研究利用电子束扫描对铝合金表面添加Al-Al2O3混合纳米粉进行表面强化处理,对铝合金电子束改性试样陶瓷层组织特征和金相结构进行分析,并对铝合金陶瓷层的硬度和耐磨性进行试验测试.实验结果表明:铝合金电子束表面处理后,能够得到5mm的陶瓷层,同时生成了复杂化合物和新的相,陶瓷层与基体材料间有重熔组织;铝合金电子束表面处理后显微硬度得到提高,是基体硬度的4.56倍;电子束陶瓷化提高了铝合金的耐磨性.     

电子束表面改性

<正>高速运动的电子具有波的性质。当高速电子束照射到金属表面时,电子能深入金属表面一定深度,与基体金属的原子核及电子发生相互作用。电子与原子核的碰撞可看作为弹性碰撞,因此能量传递主要是通过电子束的电子与金属表层电子碰撞而完成的。所传递的能量立即以热能形式传于金属表层原子,从而使被处理金属的表层温度迅速升高。电子束表面处理     

不锈钢薄板对接焊仿真分析

在薄板焊接中,高温热源加载和移动后快速冷却,使得焊缝处存在焊接残余应力。为了预测焊接残余应力集中地方和大小,方便进行工艺设计,采用ANSYS WORKBENCH对不锈钢薄板对接焊焊缝进行数值分析,得出温度场和应力场分布。     

焊接温度场、应力场和应变场相似准则的推导及验证

利用因次分析法和方程分析法推导出焊接条件下模拟件温度场应满足的相似准则,并据此得到实物与模拟件间应力和变形的相似关系,对此相似准则利用数值模拟方法进行平板表面堆焊三维有限元验证,得到了较好对应关系。进一步讨论,得知此相似准则不适用于相变明显的材料。     

TC4表面精整车削三维仿真与验证

为了分析无心车床精整车削钛合金线材过程中切削速度、进给速度、切削深度对切屑形貌、切削力和残余应力的影响,使用仿真模拟软件ABAQUS建立基于无心车床的三维有限元精整车削模型,并且通过试验设计与仿真结果进行对比分析。车削钛合金的过程中,高转速会形成较短的C形屑,有利于切屑的分离与断裂。由于主轴转速的增加,工件与刀具之间摩擦力降低,切削力随着主轴转速的增加而减小。由于进给速度增加,每转进给量随之增加,工件去除量增加,随着进给速度的增加切削力也随之增加。由于切削深度增加,切削去除量不断增加,因此切削力随切削深度的增大而增大。车削钛合金的过程中需要提高转速来降低切削力,有利于切削过程。同时进给速度较小时,易于生成C形屑,有利于车削过程。     

电子束扫描对铝合金表面强化层的影响

电子束表面处理可以提高铝合金材料的表面硬度、增加耐磨性.利用电子束扫描对铝合金进行表面强化处理,讨论功率密度、扫描频率、下束时间等电子束工艺参数对铝合金表面强化层形态的影响;研究电子束扫描对铝合金强化层组织和性能的影响;探讨电子束表面处理过程中试样产生裂纹的原因.采用扫描电镜分析铝合金电子束表面强化层的显微组织,并进行EDS成分测试;用HMV-ZT洛氏硬度计进行硬度测试;用HT-500高温摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,结果表明:强化层的深度和宽度随着功率密度和下束时间的增加而增大;但扫描频率的影响不显著;电子束扫描处理后,强化层组织的晶粒高度细化,表面强化层硬度是基体组织的1.39倍,耐磨性明显改善;凝固过程中产生的收缩应力是试样产生裂纹的主要原因.     

扫描电子束表面改性过程温度场的有限元分析

根据热传导理论和扫描电子束焊机的实际工作状态,模拟了扫描电子束表面改性过程的温度分布。采用六面体划分网格和四面体划分网格两种模式,来模拟改性过程的温度变化,并比较了两种模式下的温度分布。结果表明:六面体划分网格和四面体划分网格两种模式下的温度分布基本相似,而采用六面体划分网格的模型的计算效率较高。     

复杂航天筒体结构件的焊接应力应变演变规律

采用有限元分析手段对复杂航天筒体结构件的纵向和环向焊缝温度场和应力场进行模拟。航天筒体焊接采用变极性等离子弧焊工艺,根据变极性等离子弧焊工艺特点使用面高斯热源和圆柱热源的组合热源模型作为变极性等离子弧焊的热源。采用ANSYS软件中ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language, APDL)编写程序,实现变极性等离子弧焊接热源在筒体结构上加载和移动,完成四道纵缝和两道环缝的焊接热力过程仿真。通过对模拟结果分析,解释复杂筒体焊接应力应变的演变过程。发现在焊接过程中纵缝两端有明显的应力-应变释放,交叉部位的变形直接影响到结构整体的尺寸精度。     

7075铝合金板预拉伸工艺研究

采用直接热力耦合的方法,引入7075铝合金高温下的流变应力特征曲线,对不同厚度的7075铝合金板材在实际淬火工艺下的淬火过程进行数值模拟,揭示铝合金板材淬火残余应力分布规律;考虑铝合金板材拉伸过程中的实际夹持方式,对不同厚度7075铝合金板材实际拉伸过程进行数值模拟,分析对比拉伸后残余应力分布规律,并对拉伸工艺进行优化,确定最佳拉伸率和锯切量,揭示厚度变化对淬火残余应力、拉伸后残余应力以及锯切量的影响规律.利用钻孔法对实际拉伸的7075铝合金板材进行拉伸后残余应力的试验测试,数值模拟结果与试验测试结果相吻合.研究结果表明,随着厚度的增加,淬火残余应力、最佳拉伸率以及锯切量都相应增大,锯切量中过渡区长度为板材厚度的60％～70％.     

电弧气刨过程应力场特点分析

建立一个既考虑电弧热作用又考虑材料去除的电弧气刨三维有限元模型,详细分析电弧气刨过程应力场演变及最终残余应力的分布特征,结果表明：应力场的演变过程及最终残余应力的分布和平板焊接过程的较为相似。在电弧气刨过程中,由于电弧强烈的热作用,导致金属材料的热胀冷缩,在坡口附近的一圈薄层中出现很高的拉应力,纵向应力远大于横向应力,且存在三向拉应力的集中,这对电弧气刨的工程应用有相当不利的影响。在此基础上,进一步建立考虑初始应力场的电弧气刨应力场分析模型,揭示出电弧气刨对板材初始应力的影响机理。     

振动时效过程模拟与分析

由于缺乏对振动时效机理的有效解释,通过振动时效消除残余应力的方法一直未得到广泛应用。采用有限元法对焊接件残余应力的产生及振动消除过程进行了数值模拟,分析了激振力和激振频率等振动时效工艺参数对残余应力消除程度的影响。仿真结果表明,无论构件是否达到共振状态,只有产生一定的微观塑性变形残余应力才能得以释放;一阶模态能在最小的激振力下消除残余应力,是振动时效的最佳选择,而在其它频率,应力消除率取决于激振力的大小。     

铝合金Al2024铣削仿真分析与实验研究

采用有限元分析软件AdvantEdge对铝合金Al2024铣削加工过程进行了仿真研究,重点模拟分析了铣削力变化和切削温度分布情况。采用相同的切削参数在DMU-70V五轴加工中心上进行了铣槽加工实验。结果表明:仿真分析获得切削力变化曲线与实验结果吻合良好。仿真分析可用于铣削加工参数及刀具寿命的优化。     

基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。     

钛合金激光直接成形过程中热力耦合场的数值模拟

为控制成形过程的热应力,根据有限元法中的生死单元技术,利用ANSYS参数化设计语言编程实现对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场和应力场的数值模拟,并对熔池与粉末、激光与粉末的相互作用进行能量补偿,更加准确地计算成形过程中温度场和应力场的动态变化,得到成形过程中模型温度场、温度梯度、热应力场和残余应力的分布规律.结果表明,成形件不同层上的各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,熔池区的温度梯度非常大,但其他方向不明显;瞬态热应力集中在温度梯度变化较大的区域,这与热应力形成的机理是一致的;通过对成形件中各方向的残余应力分析,从温度梯度的角度总结各方向残余应力变化规律,侧面验证残余应力的形成机理.通过相同工艺参数下的试验验证,证明上述分析与实际情况是基本吻合的.     

纳米结构WC/12Co涂层精密平面磨削表面残余应力有限元模拟与试验

对金刚石砂轮精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层的磨削表面残余应力进行有限元模拟,忽略相变影响,基于ANSYS平台,利用ANSYS参数设计语言完成建立模型、给定材料属性、划分单元、加载和求解整个过程。对纳米结构WC/12Co涂层表面磨削残余应力进行试验研究,通过改变磨削条件得到不同磨削条件下残余应力的变化规律。将试验结果与相同磨削条件下的有限元模拟结果进行对比,发现试验结果与有限元模拟结果是一致的,证明了有限元模型的正确性。