SiC_p/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料(SiC_p/2024Al)在大应变率和变形温度范围内的热变形行为,分析了热变形参数(变形温度和应变率)对流动应力的影响。研究发现:变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响;抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小,而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果,结合热力学和统计损伤力学理论,建立了描述SiC_p/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型,预测的流动应力与试验结果吻合较好,表明所建立的模型能够准确地描述SiC_p/2024Al复合材料动态热变形行为。     

SiCp/Al复合材料切削过程的颗粒损伤研究

SiCp/Al复合材料动态去除过程中极易发生颗粒损伤,为避免或利用复合材料切削加工过程中的颗粒损伤现象,优化SiCp/Al复合材料切削加工,深入研究了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤现象及其对切削加工的影响。首先,通过位错塞积理论和切屑根部微观观察,揭示了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤机理,发现位错塞积引起的应力集中是导致界面脱粘的主因,颗粒断裂主要是由集中应力、刀刃挤压颗粒、局部颗粒聚集挤压以及颗粒连成网状结构引起;然后,基于考虑颗粒影响的动态本构模型、Eshelby等效夹杂理论、Weibull统计分布和刀刃-颗粒接触分析,建立了SiCp/Al复合材料切削的颗粒损伤度模型,并借助图像处理技术验证了模型的有效性;最后,根据颗粒损伤度预测结果,分析了颗粒损伤度对SiCp/Al复合材料切削加工的影响。结果显示,颗粒损伤度增大,会使切屑锯齿化程度增强,并严重降低已加工表面质量;颗粒损伤会显著影响颗粒强化效应,导致切削力随颗粒含量增大先升后降、随颗粒尺寸增大而降低。     

一种锌基合金热变形行为的试验模拟

采用热模拟试验机对一种自行研制的高强度易切削锌基合金进行了等温热压缩试验.结果表明:该锌合金热压缩变形流变应力随变形温度升高而减小,随应变速率增大而增大,变形材料内部的温升随应变速率的增大而加剧;可用包含变形温度、应变速率和变形程度的Zener-hollomon模型来真实描述该锌合金高温变形的流变行为.     

H18热处理态2024铝合金的高温流变性能

在不同温度(300~475℃)和应变速率(0.000 5~0.1s-1)条件下对H18热处理态的2024铝合金进行了高温拉伸试验,得到了其应力-应变曲线,结合显微组织观察分析了温度及应变速率对该铝合金流变行为的影响与高温塑性变形时的动态软化机制。结果表明:H18态2024铝合金在300℃以上高温进行塑性变形时发生了再结晶,经过475℃、应变速率0.000 5s-1拉伸变形后,晶粒呈等轴状;其伸长率随着变形温度升高和应变速率的增大呈现先上升后下降的趋势;最大应力及应变硬化指数随温度的升高或应变速率的降低而下降;应变速率敏感指数随温度的升高而增大。     

不同温度下TiB_2/2024Al复合材料的高应变速率剪切行为

采用改进的分离式Hopkinson拉杆试验装置和新设计的帽形剪切试样,研究了混合盐法制备的TiB_2/2024Al复合材料在不同温度(25,150,300,450℃)下的高应变速率(动态)剪切行为,并观察了复合材料的剪切断口形貌。结果表明:不同温度下,复合材料的动态名义剪切应力-剪切应变曲线相似,变形初期剪切应力随剪切应变的增大而增大,当剪切应变超过一定值时,曲线呈稳态流变特征;随着温度的升高,复合材料的剪切强度降低而断裂应变增大;复合材料剪切断口主要呈金属撕裂棱和韧窝形貌,局部有熔铝带存在,部分TiB_2颗粒上出现裂纹,随着温度的升高,断口中孔洞的数量增加,尺寸增大。     

高应变速率下SiCp/Al复合材料的动态力学性能及其本构关系

利用分离式Hopkinson压杆试验装置对体积分数15％SiCp/Al复合材料进行动态压缩试验,研究了该复合材料在500～2000 s-1高应变速率下的动态力学性能及其显微组织演变;基于试验数据,通过包含与应变速率和塑性应变相关的绝热温升软化项的Johnson-Cook本构模型对应力-应变曲线进行预测,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明:复合材料的应变速率强化效应不明显,但是该材料具有显著的应变强化效应;随着应变速率的增加,复合材料的变形类型由均匀变形向局部化变形转变,增强相颗粒破裂严重,绝热剪切带在局部区域形成并扩展;采用包含绝热温升软化项Johnson-Cook本构模型计算得到的应力-应变曲线与试验结果间的相对误差小于17％.     

高速变形材料塑性及JC和MSV断裂准则的表达能力

研究了超高变形速率下材料的塑性(延性)演化规律和断裂行为。通过45钢、Ti-6Al-4V、Al2024-T3和Al2024-T351四种材料高速变形数据,考察了JC断裂准则和MSV断裂准则对于高应变率下材料失效行为的表达能力。研究发现,JC断裂准则中材料的失效应变随着应变率的增加单调增大,JC断裂准则能够描述中低应变率范围内(0-10~3/s)材料的断裂情况;对于应变率更高(≥10~4/s)情况下材料的断裂行为,JC断裂准则不能描述。材料的MSV在约10~4/s时突然增大,MSV断裂准则能够描述超高应变率下材料的断裂趋势。     

7075/6009铝合金复合材料热压缩变形的本构方程

采用Gleeble-3500型热模拟机对7075/6009铝合金复合材料在变形温度为300～500℃、应变速率为0.001～1s~(-1)条件下的热压缩变形进行了研究,并得出了本构方程。结果表明:应变速率和变形温度对该复合材料的流变应力有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;可采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述该复合材料热压缩变形的峰值流变应力;热压缩变形本构方程中的结构因子A、应力水平参数α和应力指数n分别为1.23×10~(11)s~(-1),0.021和6.449,热变形激活能Q为166.89 kJ·mol~(-1)。     

18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为及显微组织演变

采用热模拟方法研究了18CrNiMo7-6齿轮钢在变形温度900～1 150℃、应变速率0.01～5 s^-1条件下的热压缩变形行为;建立了基于Arrhenius模型的全应变本构方程,采用该方程对流变应力曲线进行预测;根据动态材料模型绘制热加工图,并结合热加工图系统地研究显微组织演变特征。结果表明：试验钢的峰值应力随应变速率的增加或变形温度的降低而增大,动态回复和动态再结晶是热变形过程中的主要软化机制;采用建立的全应变本构方程预测得到流变应力曲线与试验结果基本吻合,预测真应力与试验结果的相对误差小于4.715%,说明该模型可以精确地模拟18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为。试验钢的适合热加工工艺参数为变形温度1 050～1 150℃、应变速率0.1～1 s^-1,此时组织为均匀细小的再结晶晶粒,晶粒尺寸在5～15μm。随着变形温度的升高或应变速率的降低,原始奥氏体晶粒不断被动态再结晶晶粒取代,且动态再结晶程度和再结晶晶粒尺寸增大。     

热冲压硼钢B1500HS高温本构方程的研究

硼钢的高温本构方程是热冲压数值模拟不可缺少的数学模型,它反映了流动应力与应变、应变速度以及温度之间的依赖关系。为了研究热冲压硼钢B1500HS高温时的流变力学行为,采用Gleeble 1500D热模拟试验机,在600～900℃温度区间,分别以0.01 s–1、0.1 s–1、1.0 s–1、10 s–1的应变速度对硼钢B1500HS试样进行等温单向拉伸试验,计算得到各相应测试条件下的正应力—应变曲线。采用包含变形激活能和变形温度的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述硼钢奥氏体组织的热激活变形行为。通过对试验数据进行拟合回归分析,得到与应变量相关的各材料参数,以及与应变速度、变形温度相关的流变应力关系式。试验结果显示,流动应力随着变形温度的降低而增大,随着形变速度的升高而增大。计算结果表明:流变应力关系式的计算结果与试验数据的吻合度较好。     

SiCP/2024复合材料在半固态下流变行为的研究

采用半固态等温压缩试验和金相显微镜等方法和手段,对SiCP/2024复合材料在半固态下流变行为进行了研究。结果表明,SiCP/2024复合材料在半固态下压缩时的流动应力随试验温度的提高而显著下降;当压缩时间较短时,复合材料的压缩应力比未增强合金小,当压缩时间较长时,压缩应力大于未增强体合金,且其具有伪塑性体的特性。     

Effect of silicon carbide volume fraction on the hot workability of 7075 aluminium-based metal–matrix composites

The hot deformation behaviour and microstructure evolution of stir cast 7075Al alloy and 7075Al alloy with 10, 15 and 20 % volume fraction of 20 μm SiCp composites have been studied by using the processing maps. The compression tests were conducted on both alloys and composites in the temperature range of 300–500 °C and the strain rate range of 0.001–1.0 s^?1 to establish the processing map. The dynamic recrystallization and instability zones were identified and validated through micrographs. The composites showed higher flow stress, efficiency and lower instability regimes than alloy. The 15 % volume fraction of SiCp composites achieved better hot workability due to grain refinement, hardening and strengthening of the material.     

冲刺2018 山高刀具实力全面提升 山高刀具大中华区总经理Bo Udsen先生媒体见面会在北京举行

<正>10月16日,山高刀具大中华区总经理Bo Udsen先生媒体见面会在北京举行,来自全国各地的媒体记者近30人出席。Bo Udsen为山高刀具丹麦前董事总经理,于8月1日起,Bo Udsen被正式任命为山高大中华区董事总经理,他将在上海任职并向负责亚太地区的山高刀具副总裁汇报。     

铀表面铝镀层热应力的有限元分析

对铀表面磁控溅射沉积铝镀层的热应力进行了热弹塑性有限元分析。结果表明：镀层内的热应力较大,达到铝的屈服强度,镀层界面两侧存在明显应力梯度,试样侧边存在由于边缘效应引起的应力分布不均匀性,至侧边约4倍镀层厚度处,应力分布不均匀性逐渐消失;沉积温度升高,界面塑性应变明显增大,镀层弹性模量和泊松比对镀层界面热应力和塑性应变的影响较小,而屈服强度的影响较大,减薄镀层厚度有利于改善镀层界面的热应力和塑性应变。     

The study on surface integrity on laser-assisted turning of SiCp/2024Al

Abstract

The study investigates the effects of variables of laser-assisted turning (LAT) and conventional turning (CT) on machining performance of 45% volume fraction silicon carbide particle reinforced 2024 aluminum matrix composites (45?vol.% SiCp/2024Al). The process benefits of laser processing variables were analyzed by comparing the surface roughness, surface microstructure and residual stress. The variables in LAT are as follows: cutting speed, feed rate, and laser power. The experimental results show that under the same cutting parameters, the LAT outperforms the CT method by reducing the surface roughness value by up to 81.73%. Unlike in CT, LAT produces more residual compressive stress. Micro-structure analysis shows that there are no microcracks on the surface of the workpiece machined by LAT.     

等温变形参数对15％SiC颗粒增强铝基复合材料组织性能的影响

研究了15％SiC铝基复合材料等温变形后的显微组织和室温拉伸性能的变化,得出结论为在经过等温变形后晶粒有一定的变化,但程度较小,变形速度加快时SiC颗粒的分布出现局部的聚集现象;而拉伸性能随总变形量的增大而提高,变形温度升高和变形速度加快时拉伸性能降低,而变形火次的影响很小。     

TNTZ钛合金流变行为及物理基本构模型

借助Gleeble-3500热模拟机对Ti-29Nb-13Ta-4.5Zr(TNTZ)钛合金进行了变形温度为700~900 ℃、应变速率为0.001~1 s-1的等温恒应变速率压缩实验,分析了应变速率和变形温度对TNTZ钛合金流变应力的影响。根据实验数据,计算了不同变形条件下的温升值,分析了变形热产生的规律。综合考虑温度对材料自扩散系数和弹性模量的影响以及应变对合金流变应力的影响,通过多元线性回归拟合材料参数与应变之间的函数关系,构建了基于应变补偿的物理基本构模型。研究结果表明：TNTZ钛合金的流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而减小;变形热效应引起的温升与应变速率正相关,与变形温度负相关。通过应变补偿建立的物理基本构模型预测精度较高,模型相关系数R达0.964,平均相对误差为10.63%。     

Numerical and experimental studies on the temperature field in precision grinding of SiCp/Al composites

During precision machining of SiCp/Al composites, the temperature of the workpiece surface directly affects the machining quality. In this paper, a triangle heat source model was used to calculate the heat flow during grinding of SiCp/Al composites, then, a three-dimensional finite element method was employed to investigate the temperature distribution at different process parameters, i.e., grinding depth and feed speed of the worktable. In addition, the temperature measures using embedded thermocouple were applied to compare with predictions from the thermal model. The results indicate that the grinding temperature predicted by the finite element method agrees well with the experiment data, and the triangle heat source model was suitable for estimating the workpiece temperature of precision grinding.     

BT25钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺参数对钛合金塑性成形过程中微观组织的影响,利用Gleeble-3500型热模拟试验机对BT25钛合金进行单道次等温恒应变压缩试验。分析真应力-应变曲线,建立JMAK动态再结晶动力学方程;通过对热变形行为的分析,推导出钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型;结合元胞自动机的算法,建立元胞自动机(Cellular automata, CA)模型并利用该模型模拟和验证了BT25钛合金热变形过程中动态再结晶行为。结果表明,BT25钛合金的流动应力对应变速率和变形温度非常敏感;提高变形温度或降低应变速率均有利于材料发生动态再结晶;CA模型模拟晶粒尺寸误差约为3%,预测DRX体积分数误差在10%以内。该模型具有良好的预测精度,为合金材料在塑性加工过程中优化工艺参数和控制锻件微观组织演变提供了可靠性依据。