基于ABAQUS二次开发TC4线性摩擦焊过程的数值模拟

基于ABAQUS/Standard模块,建立TC4线性摩擦焊接过程的二维有限元模型,采用网格重划分与映射技术来处理网格畸变问题,分析线性摩擦焊接接头温度场的演变和轴向缩短量的变化.结果表明:网格重划分与映射技术能较好地解决网格畸变带来的计算不收敛.焊接过程的前0.1 s内,焊接界面温度迅速升高至1 000 ℃以上,之后接头温度渐趋均匀,接头塑性金属开始被挤出形成飞边,轴向缩短量明显增加;摩擦停止时刻(3 s),单边轴向缩短量达到最大值,约为2.7 mm.     

线性摩擦焊过程数值模拟研究现状

线性摩擦焊是20世纪80年代出现的一种新型的固态焊接方法,主要用来焊接非圆截面的同种及异种金属结构材料,由于其具有一系列独特的优点,已成为航空发动机整体叶盘制造的关键技术。虽然关于线性摩檫焊的研宄已有文献报道,但是由于该过程的强烈热力耦合、快速大变形等特征,其界面结合机理和演变过程等问题还尚未揭示。因此,研究者尝试采用数值模拟方法来研究焊接过程中应力应变场、残余应力、温度场与变形等关键问题。文中主要综述了线性摩擦焊数值模拟的基础和近年来国内外的研究现状,最后展望了线性摩擦焊数值模拟的不足与发展前景,以期为今后研宄提供思路。     

Ti-6Al-4V线性摩擦焊实验研究

线性摩擦焊接作为一种先进的固态连接技术,凭借其高效、优质的特点正逐渐引起人们的重视。尤其是在高推重比飞机发动机整体叶盘制造与维修领域,它已经成为最经济、实用的加工技术之一。以航空工业中广泛应用的Ti-6Al-4V合金为实验材料,进行了线性摩擦焊的实验。描述了线性摩擦焊接工件飞边的宏观形态,得出了金属挤出物的规律。初步分析了典型工件焊缝区和热影响区的显微组织。结果表明,焊缝区为高度弥散的网状组织,热影响区为拉长的α相晶粒夹杂着破损的β相晶粒。     

钢管径向摩擦焊温度场数值模拟

采用ABAQUS有限元软件,基于传热学及弹塑性力学有限元法,建立了径向摩擦焊接过程的二维轴对称、热力耦合及非耦合有限元计算模型.采用网格重划分技术模拟了径向摩擦焊接过程中焊接接头的温度场分布.结果表明,模拟出的接头飞边形貌与实际结果吻合良好.在二级摩擦阶段,摩擦界面由摩擦生成的热量与飞边形成带走的热量以及热传导散失的热量达到动态平衡,界面温度稳定在1320℃以下.在三级摩擦阶段,由于高温金属层被迅速挤出,界面温度迅速下降.通过分析金相组织,得出接头热循环过程.接头温度分布的模拟结果与实际结果吻合良好.     

钢管径向摩擦搭接焊加载力数值模拟

采用ABAQUS软件,以45钢为径向环,对钢管径向摩擦焊在假设变形速率前提下分析焊接界面温度场和径向环的加载力情况.计算采用了Johnson-cook幂硬化弹塑性模型,并考虑材料热物性与摩擦系数随温度变化.结果表明,在不考虑径向环与夹具之间传热的前提下,在焊接界面形成了以夹具体为中心的椭圆状温度梯度分布和以夹具体空隙为中心的条带状温度梯度分布,两处的最高温度达到1 260℃和1 050℃的前提下得到了加载力曲线.为了简化焊接工艺过程将加载力曲线人为拟合为定值三段加压过程,重新代入模型反复修正计算使界面温度场和径向环变形过程与焊接过程吻合良好.     

搅拌摩擦焊过程金属流场的数值模拟研究进展

对FSW过程数值模拟研究的进展进行了介绍和总结,认为采用流体或刚塑性体描述搅拌头周围金属,存有明显的流动区域或者流动分界面,与实际情况有较大差距.如果根据材料流动的本质,通过对材料流动的驱动力及所受约束问题,即“软性约束”问题进行研究,或许对解决现有问题、完善FSW焊缝成形理论具有巨大意义.     

汽车轮毂搅拌摩擦焊的数值模拟

利用ANSYS软件对其搅拌摩擦焊过程的温度场进行了分析,结果表明,搅拌摩擦焊过程的最高温度为570℃,位于轴肩与工件的接触面上,热源中心温度场分布形状为圆环形,高温由圆环面向周围逐渐扩散降低。数值模拟与试验得到的熔池轮廓较为相似,焊缝熔池形状为杯锥状,说明车轮毂搅拌摩擦焊的有限元模拟过程较为合理。     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流场的数值模拟

依据流体力学理论,建立搅拌摩擦焊的三维流场有限元模型,根据试验参数确定流场的定解条件对搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,得到了焊缝塑性金属的三维速度场、流线轨迹.结果表明:焊缝上部金属呈规则的层流,下部金属呈不规则的紊流;塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,搅拌针附近的塑性金属沿搅拌针向上迁移,其外围的金属则向下迁移.     

2024-T4铝合金薄板超声辅助搅拌摩擦焊温度场数值模拟

以2024-T4铝合金为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc建立了UAFSW和FSW模型,对比分析其温度场,研究超声对FSW温度分布的影响,探索合适的UAFSW工艺参数范围。结果表明:在同等条件下,UAFSW模型峰值温度高于FSW,说明超声的加入有温度补偿作用;超声的加入增大了焊接工艺窗口,提高了焊接效率。     

搅拌摩擦焊数值模拟的研究现状

本文论述了国内外搅拌摩擦焊数值模拟的研究现状,重点讨论了国内外研究人员对不同形式的速度场、力场、温度场等的计算机数值模拟,针对不同的搅拌摩擦焊焊接工艺,研究人员提出了不同的数值计算模型,将材料的流动看作是稳态、层流、粘性、非牛顿流体,经实验进行验证能够得到基本符合的数值模拟结果,同时对搅拌类型的数值模拟有较好的指导作用。     

Ti6Al4V合金氢致脆性磨损机制

用自制的高精度单摆划痕装置,分别测量了ＴｉＡｌ４Ｖ合金在空气以及０．５ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４溶液中于不同腐蚀电位下腐蚀和腐蚀磨损过程中的比能耗,材料流失量,摩擦系数和动态硬度等。     

钛合金表面声电沉积/碱热处理法制备HA涂层研究

为了使钛合金(Ti-6Al-4V)具有生物活性,可在其表面施加生物活性羟基磷灰石(HA)涂层.对比了声电沉积法和碱热处理法实验结果,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子能谱(EDS)、傅立叶红外透射光谱(FTIR)以及划痕测试等进行了分析.结果表明,直接采用声电沉积法在钛合金表面制备的羟基磷灰石涂层,经热处理后存在龟裂剥落现象;通过碱热处理法,对钛合金基体表面进行预处理,然后,借助声电沉积法,在钛金属表面沉积了透钙磷石涂层,经热碱液处理转变成的羟基磷灰石涂层,涂层完整,未出现剥落.经进一步高温烧结处理,所制涂层仍呈片状形貌,其由部分含钠的羟基磷灰石组成,而且HA涂层破坏的临界载荷未烧结前的4.365 N提高至烧结后的8.175N.     

氮离子注入的Ti6Al4V表面分析

利用表面分析技术(AES,XPS,SIMS)研究了经氮离子注入的外科植入材料Ti6Al4V表面成分与键合态,用轮廓仪的测量结果计算了氮离子注入深度及注入氮离子的Ti6Al4V的刻蚀速率。考虑到该合金的基体效应,对AES的定量结果进行了修正。结果表明,注入到合金中的氮离子与合金中的Ti形成高硬度的TiN,N的分布近似为Gauss形式,注入总深度约为350nm,在距表面约140nm处氮量最大,N与Ti的浓度比可达1.1。     

Ti6Al4V车削刀具磨损及切削力研究

Ti6Al4V是典型的难加工材料，切削效率低、刀具磨损严重严重，因此提高Ti6Al4V的加工效率和刀具寿命是急需解决的问题。作者对硬质合金刀具加工Ti6Al4V的切削力和磨损特性进行了实验研究。对三种不同刀具在干切削状态下车削Ti6Al4V切削力进行了试验，分析了切削力与切削速度、切削路程的关系，同时讨论了主偏角对TC4车削稳定性的影响。最后，对刀具的的磨损形态和磨损机理进行了研究。粘结、扩散、氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。     

DOUBLE GLOW PLASMA SURFACE ALLOYING OF Ti6A14V AND TiAl

1. IntroductionThe Double Glbw Plaama Surface Alloying Technique[l,2l is performed in a vacuumglow discharge chamber where two negatively charged electrodes are equipped. One of thetbo cathodbs is a sputtering target made,of one or more of the desired all…     

电弧喷涂Ti6Al4V涂层组织与耐磨损性能

采用ZPGD-400型电弧喷涂机在Q235钢基体上喷涂Ti6Al4V涂层,并借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计及滑动磨损试验机对喷涂涂层的显微组织、结合状态、硬度以及磨损表面进行分析.结果表明,Ti6Al4V涂层组织呈典型的层状特征,孔隙少,涂层与基体结合紧密,涂层平均显微硬度1013 HV0.2其耐磨损性能为Q235钢的20倍,磨损机制主要为剥层磨损和粘着磨损.     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。