反向挤压7075/SiCp复合材料中SiC颗粒 断裂失效的数值模拟研究

应用Deform-2D有限元软件,在挤压温度为300~450 ℃,挤压比为4~64,挤压速度为2~30 mm/s时,对喷射沉积7075/SiCp复合材料反向挤压过程中,SiC颗粒的转动与断裂失效进行了数值模拟。研究结果表明：在反向挤压过程中,SiC颗粒的转动是由基体合金的不均匀流动造成的;离中心轴线越远,流动不均匀性及SiC颗粒的转动倾向越大;基体的流动不均匀程度随挤压速度的增大和挤压比的升高而增大。在反向挤压过程中,SiC颗粒随基体运动不协调时,在较大应力作用下易发生断裂失效,且坯料外侧断裂失效分数大;当挤压比为4~25,挤压温度为400~450 ℃时,SiC颗粒断裂失效分数较小。当挤压比为16时,不同挤压温度下合理的挤压速度范围应控制在t=400 ℃、v<30 mm/s,t=425 ℃、v<20 mm/s,t=450 ℃、v<5 mm/s。     

铝合金复合管连续挤压包覆成形本构方程的建立和数值模拟

基于等温热压缩实验,分别获得了AA3003铝合金在变形温度为20~300℃,AA4343铝合金在变形温度为300~450℃,应变速率为0.01~1 s-1条件下的真实应力应变曲线,建立了AA4343铝合金的本构方程.采用DEFORM-2D软件,以AA3003为芯材,AA4343为包覆材料,分析了复合变形区长度、挤压速度和坯料温度对连续挤压包覆过程的影响.结果表明:随着复合变形区长度的减小,连续挤压包覆成形稳定时芯管的径向受力随之降低,合适的复合变形区长度为2.0 mm;随着挤压速度的增加,芯管出现了不同程度的变形,合适的挤压速度为0.1 mm/s;随着坯料温度的升高,芯管所受到的径向力随之减小,合适的温度范围为400~500℃.     

温度对ZK60镁合金细晶板材成形性能的影响

研究了温度对ZK60镁合金细晶板材成形性能的影响。通过单向拉伸试验研究了ZK60细晶板材在25～300℃下的拉伸成形性和力学性能各向异性,进而通过杯突试验和热拉深试验研究了温度对板材成形性能的影响。研究结果表明:随着温度的升高,板材的各向异性逐渐降低,在300℃下的断裂伸长率在341%以上。ZK60细晶板材的成形性能随着温度的升高显著提高,在本实验条件下,当温度为250℃时获得最大的Erichsen值(IE=18. 7 mm)和最大的极限拉深比(LDR=1. 8),ZK60镁合金细晶板材的最佳杯突成形温度范围为200～250℃,最佳热拉深成形温度范围为250～300℃。     

动态流量控制法挤出镁合金三维弯曲管件

为了开发新的弯管件加工工艺,提出了一种动态调整传统分流挤压模具中分流孔内金属流量(dynamic flow control extrusion,DFCE)的挤压变形方法.在带有辅助调控挤压杆的630 T卧式挤压机上挤出镁合金弯管件,采用OM、SEM、TEM、拉伸试验等方法,研究了DFCE制造的镁合金弯管件的晶粒细化方式、微观组织结构和性能.结果表明:在变形温度450℃、直管挤压速度3 mm/s、弯管挤压速度1.5 mm/s、辅助调控挤压杆速度30 mm/s时,成功挤出变形均匀的弯管件;挤压后的直管部分和弯管部分的晶粒尺寸分别为7.9和12.8μm,且合金晶粒大小均匀;弯管部分室温拉伸强度和屈服强度分别由217和124 MPa提高到296和179 MPa,延伸率由12.9%提高到26.2%.DFCE挤压变形可以显著细化AZ91镁合金晶粒,其挤压过程中晶粒细化机制为位错驱动和动态再结晶,机械性能较铸态大幅度提高,坯料和挤出合金的拉伸断口分别呈现为准解理断裂和韧窝断裂的特征.     

AZ91D镁合金棒材挤压过程的数值模拟研究

通过Gleeble-1500D热模拟机获得AZ91D镁合金的应力应变曲线.采用刚塑性有限元法对AZ91D镁合金棒材挤压过程进行热力耦合数值模拟,分析了变形温度与挤出速度对挤压力和等效应变变化情况的影响.模拟的结果表明:在25:1的挤压比下AZ91D镁合金的挤压温度为400℃,挤出速度为12.5 mm/s.     

挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金的热变形行为

为了研究只含准晶相Mg-Zn-Y合金的高温力学性能并获得其较优的加工参数,本文首先制备了含有I-Phase的挤压Mg-4.5Zn-0.75Y(原子数分数/%,下同)合金,并在Gleeble-3500热/力模拟实验机上对其高温变形行为进行了研究,实验温度为300、350、400℃,应变速率为0.01、0.1、1 s~(-1).在此基础上,建立了该合金的流变应力本构方程及DMM加工图,并结合压缩后的显微组织制定较优的加工工艺参数.结果表明:应变速率和加工温度对流变应力有显著的影响;挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金的平均变形激活能和应力指数分别为107.95 kJ/mol和3.996 6;挤压Mg-4.5Zn-0.75Y合金具有较好的热塑性,在实验条件下并没有发生失稳现象,说明准晶相的存在提高了合金的变形能力;压缩后的显微组织显示,当温度为300~350℃、应变速率0.1~1s~(-1)时,合金压缩后为均匀细小的等轴晶;综合Mg-4.5Zn-0.75Y合金的加工图与压缩后的显微组织图,确定了该合金热加工的较优工艺参数为:θ=300~350℃;ε·=0.1~1s~(-1).     

AZ31镁合金不同挤压速度下的组织演变及力学性能研究

目的 针对AZ31镁合金材料在挤压成形过程中变形较为困难的问题,研究AZ31镁合金在不同挤压速度下的微观组织和力学性能演化规律。方法 采用DEFORM–2D软件对0.5、3、12、20 mm/s这4种挤压速度下材料挤压变形过程中的材料流动趋势、应变场、应力场和温度场等进行数值模拟和分析。结果 AZ31镁合金材料的挤压温度场随着挤压速度的增加显著升高,不同速度挤压后坯料的温度模拟值与实验结果实测值的变化趋势吻合。随着挤压速度的增大,材料的晶粒尺寸先增大后减小,0.5、3、12、20 mm/s这4种速度挤压后的晶粒尺寸分别为1.0、0.9、1.4、1.1 μm,变形材料的加工硬化率呈现出先增大后减小的趋势。在0.5 mm/s的挤压速度下,材料内部的微观组织均匀性较差,然而强度较高,抗拉强度约为416 MPa;在挤压速度为12 mm/s时,合金的晶粒组织最均匀,同时其综合力学性能较好,屈服强度为220 MPa,伸长率为17.3%,其加工硬化率也达到最大,为0.184。结论 通过DEFORM数值模拟能够为镁合金挤压变形提供指导。对于镁合金挤压变形,采用较低的挤压速度(约0.5 mm/s)对AZ31镁合金进行挤压变形,能够获得强度较高、伸长率相对偏低的挤压棒材,采用较高的挤压速度(约12 mm/s),则更有利于获得综合性能优良的镁合金挤压棒材。     

IN690合金管热挤压温升与挤压力的研究

温升和挤压力是影响钢管挤压过程的重要指标,利用热模拟实验获得了IN690合金的热加工本构关系,建立了IN690合金钢管热挤压过程的有限元模型.采用正交实验设计的仿真实验系统分析了坯料温度（T b=1000～1200℃）、挤压速度（v=20～200 mm/s）和模具预热温度（T d=300～500℃）对管材成形过程中温升...     

ZK60和ZK60-1.0Er镁合金热压缩变形和加工图

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对ZK60和ZK60-1.0Er镁合金进行了热压缩实验,分析了合金在温度为160~420℃,应变速率为0.0001~1.0s-1条件下的流变应力变化特征。结果表明:两种镁合金在热压缩过程中的流变应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增加,在流变应力达到峰值后随即进入稳态流变;稀土Er的加入使得平均变形激活能珚Q值由183kJ/mol降到153kJ/mol,应力指数n值由6提高到8;发生动态再结晶的临界应力σc值随变形温度升高和应变速率降低而降低,在420℃/1.0s-1高温高应变速率时,稀土Er的加入使得ZK60镁合金发生动态再结晶的临界应力值σc由76MPa降到50MPa。通过动态模型构建热加工图并结合金相组织观察可知:稀土Er的加入缩小了ZK60镁合金的热加工失稳区,增加了热加工安全区的功率耗散效率峰值η_(max),由35%增大到45%,促进了动态再结晶晶粒的形核,但抑制了再结晶晶粒的长大。     

GWN751K镁合金热压缩实验研究

在Gleeble-1500D热模拟机上进行了单向热压缩试验,研究了GWN751K镁合金在变形温度为623-773K,应变速率为0.002-2s-1条件下热变形行为,变形量为60%.结果表明,在相同变形温度条件下,流变应力随变形速率的增加而上升,在相同的应变速率条件下,流变应力随着变形温度的升高而下降,计算出其平均激活能Q为228.61kJ/mol,应力指数n为4.2.根据材料动态模型,计算并分析了GWN751K合金的热加工图,并确定了合适的挤压加工条件为723K,0.01/s.通过对合金的挤压试验研究,验证了加工条件,挤压后的合金断裂强度为320MPa,延伸率为18%,较铸态合金有显著提高.     

Processing and Microstructural Evolution of Superalloy Inconel 718 during Hot Tube Extrusion

The processing parameters of tube extrusion for superalloy Inconel 718 (IN 718), such as slug temperature, tools temperature, choice of lubricant, extrusion ratio and extrusion speed, were determined by experiment in this paper. An appropriate temperature range recommended for the slug is 1080～1120℃, and the temperature range recommended for the tools is 350～500℃. The microstructural evolution of superalloy IN 718 during tube extrusion was analyzed.With the increase of the deformation the cross crystal grains were slightly refined. While the vertical crystal grain is elongated evidently and the tensile strength increased along the axial rake. Glass lubricants have to be spread on the slug surface after being heated to 150～200℃, vegetable oil or animal oil can be used as the lubricant on the surface of the tools to reduce the extrusion force remarkably.     

ZA73镁合金热变形行为研究

在应变速率为0.001s(-1)和0.1s(-1),温度为150-300℃的条件下,采用热模拟对ZA73镁合金的高温拉伸变形行为进行了研究,并结合显微组织观察和挤压试验,分析确定了适合该合金的热加工工艺.结果表明:变形温度和应变速率是影响ZA73合金流变应力和塑性的关键参数,应变速率一定时,流变应力随温度的增加而降低;...     

挤压温度对Mg-5.3Gd-2.6Y-1.1Nd-0.3Zr合金的力学性能和耐生物腐蚀性能的影响

在不同温度下对均匀化处理后的Mg-5.3Gd-2.6Y-1.1Nd-0.3Zr(质量分数/%)镁合金进行挤压。利用光学显微镜和拉伸实验对比研究固溶态铸锭、不同挤压温度合金的显微组织和力学性能,采用析氢法、失重法和极化曲线实验综合测试合金在Hank’s人体模拟液中的耐生物腐蚀性能,利用扫描电子显微镜观察腐蚀后合金的表面腐蚀形貌。结果表明:随着挤压温度的降低,合金的晶粒不断细化,强度及塑性不断提高,其中390℃温度下挤压得到的合金屈服强度达到223.4MPa,较固溶态铸锭(139.8MPa)提升约60%,且挤压后的合金在Hank’s体液中具有更高的耐腐蚀性,随着挤压温度的降低,合金的耐蚀性先升高后降低,450℃挤压的棒材耐生物腐蚀性能最优,腐蚀速率为0.74mm/a。     

挤压温度对AZT802镁合金组织和性能的影响

将铸态AZT802合金分别在350℃、380℃和400℃下挤压,随后进行T5时效处理,研究不同挤压温度对AZT802镁合金挤压态和时效态组织和性能的影响。结果表明,当挤压温度为350℃时,晶粒尺寸分布不均匀,同时观察到大块的条状第二相沿挤压方向析出。当挤压温度高于350℃时,挤压态合金获得均匀等轴晶粒,第二相以颗粒状形貌沿晶界均匀分布。经T5时效处理后,颗粒状Mg_2Sn相均匀分布于基体中,Mg_(17)Al_(12)相以连续相和非连续相析出,非连续析出相随时效前挤压温度的升高而逐渐增多。力学性能测试结果表明,AZT802合金在380℃下挤压,并进行175℃(3h)T5时效处理后,获得最佳综合力学性能。     

基于Simufact的割草盘控制杆焊接成形质量控制研究

目的保证割草机割草盘控制杆焊后的装配精度和尺寸稳定性。方法采用Simufact Welding软件对割草盘控制杆焊接过程进行模拟仿真。通过建立合适的热源模型,得到焊后变形和焊接应力分布情况。结果椭圆板焊缝处为焊接变形最大的区域,最大总变形量为0.73 mm;焊后最大等效应力为395.59 MPa,且沿焊缝两侧向外扩展,等效应力呈递减趋势。结论通过工装优化方案,实现了焊后残余变形控制,最大变形量由0.73 mm降低到0.41 mm,且未引起焊接残余应力的上升,但焊后残余应力仍处于较高的水平,可通过焊后退火消除残余应力。     

大型复杂薄壁铝合金空心型材挤压成形工艺

目的 解决大型复杂薄壁铝合金空心型材挤压过程中材料流速均匀性控制难,以及模具局部应力集中导致模具寿命低、挤压型材尺寸稳定性差的问题。方法 采用有限元模拟方法对此类典型型材挤压过程进行仿真分析,根据仿真结果中型材出口材料流速分布情况,通过调控不同部位材料流入量及材料流动阻力,并以型材出口流速差和流速均方差（SDV）作为衡量挤压过程中材料流速均匀性的指标,逐步迭代优化模具结构以提高材料流动均匀性;根据仿真结果中挤压模具应力分布情况,以模具最高应力作为衡量模具强度的指标,逐步迭代优化模具结构以减小模具应力。结果 通过迭代仿真依次优化模具工作带长度、分流孔尺寸、阻流块高度等参数,最终型材出口流速差由25.07 mm/s降至2.72 mm/s,流速均方差由9.84 mm/s降至0.72 mm/s;通过迭代仿真优化焊合角度,最终模具最高应力由945 MPa降至863 MPa。采用基于有限元仿真优化结构的挤压模具成功制备了合格的铝合金型材样件,挤压试验结果与数值模拟结果吻合。结论 通过优化模具工作带长度、分流孔尺寸及阻流块高度,调控不同部位材料流入量及材料流动阻力,能够有效解决大型复杂薄壁铝合金空心...     

关节臂式坐标测量机热变形误差建模及补偿

建立了关节臂式坐标测量机(AACMM)结构参数热变形误差的运动学方程,研究了在实验温度约为20 ℃时关节臂式坐标测量机主要结构参数的温度变化规律和测量误差的变化趋势,建立了基于多元线性回归方法的热变形误差补偿模型并进行验证。实验结果表明:AACMM工作温度上升值最大可达3℃,测量误差随温度上升呈增大趋势,最大长度测量误差可达0.115 mm。实现了AACMM热变形误差补偿,平均测量误差从0.071 5 mm降到0.033 5 mm,在一定程度上提高了AACMM的测量精度。     

TC18钛合金的超塑性行为与变形机制

通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10~(-5)~3.3×10~(-1)s~(-1)时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10~(-4)s~(-1)),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10~(-4)s~(-1)时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。     

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的 研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法 采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果 拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论 熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。