ZK60镁合金高压扭转模拟及实验研究

为了研究高压扭转工艺对ZK60镁合金组织及性能的影响,采用有限元法对ZK60镁合金试样高压扭转成形过程进行数值模拟,分析成形过程中等效应力、应变分布及变化趋势。通过压扭设备和专用模具对镁合金试样进行高压扭转实验,采用金相显微镜观察试样的显微组织,利用维氏硬度计测量试样的显微硬度。结果表明:高压扭转能有效细化晶粒,改善材料组织结构;在一定的压力下,随着压扭圈数增加,晶粒得到细化,整体显微硬度有较大的提高;高压扭转后试样的显微硬度沿试样径向呈V型分布,与有限元模拟中试样径向的等效应变分布趋势一致。试样不同区域的等效应力、应变和显微硬度差异较大,边缘处的等效应力、应变最大,显微维氏硬度值最高。     

高压扭转IF钢压缩阶段的不均匀变形

观察并研究了IF钢高压扭转压缩阶段过程中的硬度及显微组织不均匀分布特征,并利用ANSYS有限元分析软件对实验结果进行模拟仿真验证。结果表明IF钢在高压扭转压缩阶段过程中的应力、应变及硬度分布是不均匀的:心部变形程度较小,硬度比较低;中间区域变形比较均匀,硬度也趋于一致;在边缘区域,形变程度很大,从而硬度比较高;对于限定型高压扭转,由于模具凹槽立壁对试样变形的阻滞作用,变形量较小从而形成形变"死区"。模拟结果与硬度及显微组织分布的实验结果极为吻合,由此说明,正是由于压缩阶段试样各部位不均匀变形导致了显微组织、硬度的不均匀分布。     

压扭对20CrMnTi端面组织性能的影响研究

通过实验对20CrMnTi材料的高压扭转成形过程进行了研究,重点考察了试样的端面的组织分布和硬度的变化,分析了外界压力、扭转圈数2个重要的工艺参数对20CrMnTi材料组织和硬度的影响。实验结果表明：高压扭转能够有效地细化晶粒,改善材料组织,且随着外界压力的增大、扭转圈数的增多,晶粒细化越明显,显微硬度提高越显著。     

高压扭转工艺对TA15钛合金组织和性能的影响

通过高压扭转工艺制备不同扭转圈数的TA15试样,利用金相观察、X射线衍射分析和显微硬度测试,分析高压扭转工艺对TA15钛合金组织和性能的影响。结果表明,变形后试样显微组织沿径向分布不均匀,随着扭转圈数增加,组织中粗大的初生等轴α相逐渐减少,晶粒细化效果明显,材料在(200)晶面出现择优取向;高压扭转变形后,材料的亚晶尺寸减小,微观应变和位错密度显著增加;变形后试样的显微硬度显著提高,且随着扭转圈数的增加,硬度逐渐增加,扭转圈数大于4圈时,显微硬度值趋于饱和。     

高压扭转制备钨铜梯度材料的仿真和实验研究

采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟,分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态,以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明,铜在HPT变形过程中为剪切变形的主要承受方,钨未得到充分的剪切变形,界面层应变累积最大;较高的温度和压力有利于界面层的应变累积,但温度的提升效果并不显著,并且高压力和高温度易导致铜反挤和模具失效。在300 ℃、1 GPa、扭转5圈的工艺条件下采用高压扭转工艺制备了界面连接质量良好的钨铜梯度材料。实验结果表明,随着扭转半径的增大,钨和铜的组织均得到显著细化,平均晶粒尺寸分别约为32.6 μm和0.28 μm,并且在界面处出现晶粒尺寸约为4.8 μm的铜组织过渡层;界面处钨和铜结合良好,钨和铜元素的扩散距离分别约为1.74 μm和2.59 μm。铜的显微硬度由初始态的79 Hv提升至131 Hv,界面处钨的显微硬度由初始的347 Hv提高到424 Hv,表明大变形条件下的晶粒细化和缺陷累积有利于界面连接和性能提升。     

高压扭转压力对SiC_p-Al复合材料组织性能的影响

采用高压扭转工艺将SiC和Al的混合粉末直接制备金属基复合材料。用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能试验机和扫描电镜分析压力对SiCp-Al复合材料的显微组织和力学性能的影响。结果表明:压力越高,对SiCp-Al复合材料粉末成形的应变积累越有利;压力越高,扭转前粉末的致密程度越高,对SiCp-Al复合材料粉末成形的应变积累越有利,SiC颗粒在Al基体内的分布越均匀,显微硬度有所提高,但增幅不大;当压力从0.5 GPa增大至0.62 GPa,材料的屈服强度增加32.6%,但抗拉强度和伸长率均分别减小4%和25.5%。拉伸断口以大小不一的脱粘韧窝为主要特征。     

IF钢高压扭转过程中不均匀塑变特征的仿真模拟

采用有限元软件DEFORM-3D对IF钢试样高压扭转过程进行计算机仿真模拟,研究高压扭转试样不均匀塑性变形特征,对硬度和显微组织分布进行研究。结果表明:试样在进行高压扭转两个阶段(压缩、扭转)的过程中,均发生了显著的不均匀塑性变形,在扭转初期阶段,其不均匀变形程度尤其显著;在试样径向,IF钢试样的塑性变形程度从中部到边缘逐步增大;在试样的轴向,试样的塑性变形程度随距试样下表面距离的增加而逐渐减小;硬度分布和显微组织检测结果均验证了模拟结果的可靠性。     

高压扭转圈数对碳化硅颗粒铝基复合材料组织和性能的影响

采用高压扭转(high-pressure torsion,HPT)工艺,成功将8.75%体积分数SiC颗粒与Al的混合粉末制成金属基复合材料,并用金相显微镜、显微维氏硬度计、万能材料试验机和扫描电镜等,分析了扭转圈数对SiCp/Al复合材料的显微组织、显微硬度、拉伸性能和拉伸断口形貌的影响。结果显示,扭转圈数从0.5圈增加到4圈,基体的变形抗力降低,SiC颗粒在剪应力的作用下易于与基体协调变形,SiC颗粒分布均匀化程度显著提高;随着扭转圈数增加,试样所受到的剪切作用增大,极易引起位错的运动和增殖,基体晶粒得到细化,单位体积内的晶界增多,使试样显微硬度得到提高;扭转圈数越多,拉伸断口韧窝数量明显增多,且尺寸变小。     

管路接头用钛合金锻件显微组织及硬度分析

研究了多向加载条件下闭式模锻成形的TC6钛合金三通锻件的显微组织和力学性能,采用光学显微镜及扫描电镜对比了锻件不同位置处的原始β晶粒及α相的形态,并表征了锻件各位置处的维氏硬度,进一步分析了锻造变形量对显微组织形态及显微硬度的影响。研究结果表明,闭式锻造三通锻件各位置处的显微组织及硬度存在较大差异;随着锻造变形量的增大,原始β晶粒由各向尺寸接近的多边形转变为细条状晶粒,同时晶界α相由不连续的短棒状转变为等轴状;锻造变形量越大的位置,由于显微组织细化及加工硬化作用,显微硬度越高。     

转速对高压扭转Cu试样的组织与性能的影响

通过高压扭转(HPT)技术在不同转速条件下实现了Cu试样的晶粒细化.利用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)及显微硬度计观察并测试了组织的结构与性能,并基于有限元计算了变形诱导试样的温升,研究了转速对Cu试样的组织细化与性能的影响.结果表明:转速由1/3 r·min-1增大至1 r·min-1,经1圈扭转变形,试样温度由40.8℃升高到54.1℃,变形组织均为100～600 nm的高位错密度位错胞/亚晶组织,显微硬度由初始态的52HV0.05增大至140 HV0.05;经16圈扭转变形,试样温度由50.4℃升高到97.4℃,组织细化到200 nm.慢速扭转变形试样晶内位错密度高,微观组织处于严重变形状态;而快速扭转试样晶内衬度均匀,位错较少,微观组织经历明显的动态回复,显微硬度较慢速扭转变形试样低6%.