7075铝合金多向锻造工艺的数值模拟与试验

对7075铝合金进行了多向锻造试验以及EBSD检测.基于热模拟试验获得的不同温度下的真应力-应变曲线建立流动应力Arrhenius双曲正弦本构方程模型,用Deform-3D软件对7075铝合金4道次多向锻造过程中锻件的温度场、等效应变、最大主应力进行数值模拟.结果表明,锻件最大晶粒尺寸为20.8 μm,最小的晶粒尺寸为...     

2D70铝合金热变形动态组织演变及模型研究

针对2D70铝合金进行等温恒应变速率压缩试验,分析合金在应变速率为0.001~1s~(-1),温度为350~530℃下变形的流变应力曲线和显微组织演变。基于此,建立2D70铝合金在该变形条件下的流变应力方程和位错密度模型,并利用DEFORM-3D有限元软件对合金进行微观组织模拟。结果表明,2D70铝合金在350℃下变形时,由于内部组织发生动态再结晶,使得在较低应变速率下(0.001s~(-1))变形的组织晶粒更细小;当变形温度达到470℃时,α-Al_2CuMg相大量回溶基体,呈现出α-Al相晶粒,其尺寸随着应变速率的提高而减小,同时在较低应变速率(0.001s~(-1))下变形,α-Al相晶粒将变得粗大。模拟对比可知模拟组织较好地反映金相组织演变趋势。     

基于Simufact的连杆热锻成形数值模拟

基于Simufact热锻模块对连杆热锻过程进行了数值模拟,分析了连杆锻造中的应力应变分布规律。结果表明:随着锻造的进行,锻件材料缓慢流动并逐渐充满腔体;锻造过程中飞边导致锻件在分模面产生应力集中;锻件折弯区域应变变化比较明显;锻件主体等效应力、应变等分布均匀且相对稳定。该研究结果能为连杆锻造成形及热锻工艺优化提供参考。     

新SIMA法制备铝合金3A21半固态坯料

利用有限元模拟软件模拟不同路径下等径角挤压过程,分析材料等效应变分布情况,通过等径角挤压实验、半固态等温处理实验、金相显微镜、金相检验软件系统等实验方法和分析设备,研究铝合金3A21半固态坯料显微组织晶粒尺寸同等效应变的关系,分析不同工艺参数对晶粒等积圆直径和形状系数的影响。结果表明,随着材料经过ECAE后等效应变的增大,半固态坯料晶粒尺寸减小;随着保温时间的延长,晶粒尺寸增大、圆整度增加。     

鼓形环坯轧制的宏微观变化数值模拟研究

针对鼓形环坯建立了环件径轴向轧制三维有限元模型,通过Simufact软件对鼓形环坯轧制的宏微观变化进行了耦合模拟,模拟揭示了鼓形环坯在轧制过程中的温度、等效应变、晶粒、动态再结晶的分布和演化规律;深入研究了轧制成形过程中径向每圈压入量对环锻件微观组织大小的影响规律。结果表明:基于鼓形环坯获得的环锻件,其内外侧棱边处发生的动态再结晶体积分数最大,晶粒最为细小,其次是内外表面和上下表面,心部动态再结晶体积分数最小,晶粒尺寸最大;适当增大径向每圈压入量,能够扩大动态再结晶区域,获得晶粒尺寸细小的环锻件。     

7050-T7452高强铝合金的开坯与锻造工艺研究

为了研究7050高强铝合金开坯工艺的变形均匀性及锻件的断裂韧性,采用数值模拟、微观组织分析及紧凑拉伸试样的KIC试验等,分析研究7050高强铝合金铸坯改锻和挤压坯锻造的变形均匀性、显微组织和断裂韧性,得到了两种开坯工艺条件下坯料的平均等效应变、变形均匀系数、晶粒尺寸大小及分布和断裂韧度值。结果表明:铸坯改锻工艺的变形均匀性较好,其平均等效应变约为7.2,变形均匀系数约为0.475;挤压坯锻造工艺的变形均匀性较差,其平均等效应变约为1.9,变形均匀系数约为0.954;铸坯改锻工艺的平均晶粒尺寸与挤压坯锻造工艺基本相当,约为7.5μm,但铸坯改锻工艺的晶粒尺寸比挤压坯锻造更均匀;铸坯改锻工艺下锻件的KIC满足AMS4108F标准要求,而挤压坯锻造工艺不满足,其原因是挤压坯锻造后脆性较大,并残留有挤压织构。     

7050铝合金等温模锻坯料设计

设计合适的锻压坯料是保证锻压后锻件具有良好综合性能的基础,通过改进锻压坯料的尺寸来改善锻件各部位的变形程度以获得具有良好组织及性能的锻件。运用有限元模拟软件Deform-3D模拟联接轴等温模锻过程,对不同尺寸的坯料模拟等温锻造过程,随着坯料在Z向厚度尺寸的增加,模锻后锻件的等效应变随之逐渐增加。选择成形效果较佳且模锻后锻件变形程度逐渐增加的锻压坯料进行实验。对热处理后的等温模锻件进行室温拉伸、硬度、电导率、疲劳以及金相实验检测。结果显示:对于横截面沿长轴突变的联接轴锻件,锻件各部位间性能差异较大;等温模锻后,变形程度大的锻件能够获得更好的微观组织和力学性能。     

大型铝合金航空模锻件局部加载成形工艺研究

提出了超大规格铝合金航空模锻件局部加裁成形工艺方案,利用三维有限元软件Deform-3D对锻件分段局部加载成形载荷、两道次之间变形量分配、变形均匀性进行了仿真分析.结果表明:大型锻件局部等温加载工艺可有效降低成形载荷,最大锻造压力均可控制在300MN以内,局部加载2个道次较适合超大规格航空模锻件生产;各道次成形过程锻件温度场均匀,平均等效应变值达到3.6,锻件变形充分;第1道次变形量为40％时锻件等效应力分布最均匀,上模所受侧移力最小;总变形量为55％、第一道次取40％,第2道次取15％时是该锻件等温局部加载最优变形工艺.     

支承辊微观组织的模拟研究

以锻钢支承辊为研究对象,运用Deform-3D软件中的Microstructure模块,对锻件KD法和WHF法拔长变形过程中的动态再结晶进行数值模拟,考察工件在热变形过程中等效应力、应变、位错密度等因素对锻件微观组织演化的影响,对锻后晶粒尺寸进行预测,为支承辊锻造工艺提供参数依据。     

铝合金锻造开坯变形均匀性数值模拟与实验验证北大核心CSCD

锻造开坯变形均匀性是影响锻件质量的重要因素。以2A14铝合金为研究对象,利用Deform-3D有限元软件对锻坯应变场进行模拟,通过引入平均等效应变ε_(ave)、变形均匀系数a,结合晶粒形貌观察和拉伸力学性能测试,对“单向镦粗”和“多向镦粗”两种锻造开坯工艺的变形均匀性进行定量和定性分析。研究结果表明:“多向镦粗”锻造开坯工艺的变形均匀性较“单向镦粗”锻造开坯工艺好,且锻造累积应变量越大,变形均匀性越好,力学性能各向异性越弱。2A14铝合金在多向镦粗锻造开坯过程中,随着累积应变量的增加,晶粒细化机制由晶粒破碎机制逐渐转变为连续动态再结晶机制。     

经模压形变后Cu-38Zn合金显微组织与等效应变的关系

采用ABAQUS软件对Cu-38Zn合金不同尺寸的试样平行模压和交叉模压两种形变过程进行有限元模拟,观察模压形变后试样的显微组织,研究Cu-38Zn合金经模压形变后的微观组织与等效应变的关系。结果表明:经模压形变后Cu-38Zn合金的晶粒细化不但与模压形变时积累的等效应变有关,而且与模压形变时变形场的复杂性和试样的尺寸有关。Cu-38Zn合金的晶粒尺寸随着等效应变的增大而减小,但是在相同的等效应变下,复杂的变形场具有更有效的晶粒细化效果;较大尺寸的试样具有更多的孪晶组织。     

镦拔对Al-Zn-Mg-Cu合金变形和组织的影响

采用有限元软件Deform-3D对一种新型Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金进行了镦粗、拔长和镦拔连续变形实验研究,获得了变形体内部微观组织演变规律及应变分布规律。分析结果表明:相同锻比条件下,镦粗变形体内大部分区域的等效应变值在0.4～1.68之间,中心大变形区的组织以拉长晶粒为主,并有少许再结晶晶粒,其它区域的组织沿变形方向发生不同程度的变形;拔长变形体内大部分区域的等效应变值在0.74～1.96之间,组织均发生较剧烈变形,拉长的原始晶粒组织周围存在细小的再结晶新晶粒,等效应变值较高且变形更加均匀;总锻比相同的镦拔连续变形条件下,拔长分锻比大于镦粗分锻比时的等效应变较高,组织细小均匀。研究结果对实际生产有一定的指导意义。     

航空轴锻件用Maraging250钢热挤压成形数值模拟及组织性能

采用DEFORM-2D软件对航空轴锻件用Maraging250钢的热挤压过程进行数值模拟,分析了其在挤压过程中温度场、等效应变场和应力场等的分布规律,并对其挤压后的微观组织和力学性能进行了分析.结果 表明:热挤压成形后,锻件的温度沿径向向外表面呈升高的趋势;锻件主体区域等效应变为1.0～1.5,温度在1135～ 1174℃之间,锻件的温度分布和应变分布较均匀;锻件各部位的组织和力学性能具有良好的均匀性,其主体的平均晶粒尺寸为41.42～61.07 μm.     

Al-Mg-Si系铝合金不同变形条件下的组织力学行为

对6014铝合金进行了常温拉深试验,采用不同的拉深凸模速度,研究了该铝合金变形中的组织力学行为;对6016铝合金进行热拉伸试验,相同应变速率下采用不同的拉伸温度,研究了该铝合金在热拉伸过程中的组织力学行为。实验表明:随着凸模速度(10~30 mm·min~(-1))增加,6014铝合金的常温拉深深度增大;随着拉伸温度(400~550℃)升高,6016铝合金的硬度增大,且沿拉伸轴向硬度值波动越大;在应变速率为1 s~(-1)、温度为500℃下热拉伸,变形区有明显的动态再结晶过程,进一步升高温度会造成再结晶组织的晶粒粗化;6014和6016铝合金中均存在大量的Al、Fe、Si结晶相,但原始组织中6016的析出相更弥散,尺寸大小更均匀,更集中分布于晶界附近;比较6014铝合金常温拉深组织和6016铝合金热拉伸组织,冷变形后的晶粒组织更均匀,热拉伸后的晶粒尺寸差异很大,会降低材料变形后的力学性能。     

TA15钛合金模锻件低倍组织中局部粗晶的形成机理

在TA15钛合金模锻件应以模糊晶为主的低倍组织中发现了局部粗大的清晰晶。利用金相拼接和逐点统计方法,结合微拉伸、SEM等手段,分析对比了粗大清晰晶区、模糊晶区的显微组织与力学性能,着重探讨了局部粗晶的形成机制。结果表明:各晶区内显微组织均呈典型双态组织,显示了两相区变形的基本特征。与模糊晶区相比,粗大清晰晶区内初生等轴α相(α_p)含量略低,且存在粗大片层组织;存有大量的粗大原始β晶粒(连续的晶界α相包围的晶粒),平均尺寸可达124μm,是模糊晶区平均尺寸(32μm)的近4倍。这些异常粗大的β晶粒是导致低倍粗晶的最主要因素,同时也是导致合金的强度和塑性均下降的主要原因之一。热物理模拟结果表明,双相区变形后出现的粗大清晰晶对应变速率敏感。慢速率变形会增大形成低倍粗晶的倾向,这主要与变形过程中动态α_p→β相变有关。对于模锻件而言,局部粗大清晰晶区火次应变小使其较模糊晶区应变速率慢,再经多火次小应变(慢速率)累积导致了β晶粒明显粗化。     

基于DEFORM-3D的GH5188卡箍热模锻造过程数值模拟

通过DEFORM-3D软件对GH5188卡箍热模锻造过程进行数值模拟,分析了卡箍热模锻造变形过程中的网格流动、应力场、应变场和温度场。GH5188卡箍热模锻造成形分为3个阶段：镦粗成形、毛边成形和再结晶。结果表明：在1000℃和变形速度为20 mm·s^-1条件下进行热模锻得到的锻件的流线分布合理、变形均匀,主体无应力集中,锻件表面无缺肉、折叠等缺陷;锻后晶粒细化现象主要存在于连皮拐角处和毛边中,卡箍整体的晶粒尺寸一致。因此,该工艺方案合理并可行,为卡箍实际锻造生产提供了理论指导。     

TC6合金叶片预锻过程中微观组织的数值模拟

根据实验数据建立了TC6钛合金的动态再结晶模型,并对大型模拟软件Deform进行了二次开发,使其具有微观组织预测功能。通过对圆柱体的镦粗模拟验证了Deform软件二次开发后的的可靠性。采用二次开发后的软件,对叶片的预锻成形过程进行了数值模拟,分析了不同变形温度和变形速度对叶片预锻成形时晶粒尺寸及分布的影响。模拟结果表明,随着变形温度的升高,锻件主要变形区的平均晶粒尺寸略有增大,晶粒间晶粒尺寸的差别缩小,晶粒分布比较均匀;随着变形速度的增大,平均晶粒尺寸的分布越来越不均匀。因此,在合适的变形温度及变形速度下能够使锻件获得良好的综合机械性能。     

7075高强度铝合金锻造晶粒细化原理的数值仿真研究

采用考虑热机耦合效应的刚塑性有限元方法,对正方体形7075铝合金的锻造过程和晶粒细化过程进行了数值模拟,所采用的晶粒细化模型为Yada模型.结果表明,锻件内的应力、应变、应变速率、温度分布不均,模型中心区域为易变形区,4个纵向棱边区和以上下接触表面为底面的接触锥形区为难变形区.细化首先开始于易变形区,再相继扩展到纵向棱边区和接触锥形区.应变速率和温度是决定晶粒尺寸的主要因素.增加应变速率,可使晶粒尺寸变小,但高应变速率使得锻件升温;而温度升高,使得晶粒尺寸长大.有利于晶粒细化的锻造工艺条件为:温度350℃～400℃,应变速率70 s-1～100s-1,道次压缩比20%～25%.讨论了Yada模型的局限性,指明了它的适用范围.     

两种连续局部塑性成形工艺对锻件微观组织的影响

通过模拟分析与实验分析结合的方法,验证连续局部塑性成形微观组织演变有限元模型的正确性,采用该模型对42CrMo钢坯料辊锻过程中的组织晶粒度进行预报,研究42CrMo钢辊锻过程的奥氏体晶粒尺寸演化规律;对楔横轧变形过程中组织晶粒度变化进行研究,并对两种连续局部塑性成形后锻件组织晶粒度进行对比。研究结果表明,辊锻变形坯料P1、P2、P3处奥氏体晶粒尺寸实验结果与有限元预报结果吻合良好,晶粒尺寸变化为动态再结晶细化;楔横轧变形过程中,动态再结晶和奥氏体晶粒长大作用同时发生;通过对两种连续局部塑性成形得到的锻件微观组织进行比较,楔横轧锻件整体平均晶粒尺寸更加细小、均匀。     

ECAP中摩擦因数对7075铝合金变形及组织的影响

采用有限元软件DEFORM-3D对7075铝合金等通道角挤压(ECAP)过程进行数值模拟,分析了不同摩擦条件下载荷变化、变形行为以及等效应力应变分布情况,并利用7075铝合金动态再结晶模型对微观组织变化过程进行了预测。结果表明,随着摩擦因数增大,载荷峰值明显增大甚至成倍增长,且载荷值波动加剧,试样"端部效应"减弱,等效应力应变分布不均匀;试样中部稳定变形区晶粒随挤压道次增多而不断细化,试样与通道接触部位形成晶粒细小区,经过4道次挤压后,摩擦因数为0.4时稳定变形区的晶粒比摩擦因数为0.1时的细小。