γ-TiAl金属间化合物细晶棒材挤压变形工艺

结合数值模拟与工艺试验的方法研究了γ-TiAl合金细晶棒材挤压工艺,获得了挤压过程中各场变量的分布规律及不同挤压比组合下挤压棒材中温度场、应变速率场、等效应变场和断裂因子分布的信息。结果表明,采用3.5+4.3两步挤压比组合时可以获得较为均匀的温度场、应变速率场和等效应变场,且断裂因子数值较小。采用该挤压比组合进行了挤压工艺试验,通过这种两步挤压组合可以获得质量良好,晶粒尺寸细小、均匀的γ-TiAl合金挤压棒材。     

杯-杆型复合挤压过程的数值模拟及其表面裂纹缺陷的预测

 采用刚塑性有限元法对杯－杆型复合挤压过程进行了数值模拟,分析了成形过程中的变形力及金属流动规律,根据计算得到的应力、应变场,运用韧性断裂准则,预测了复合挤压变形时产生的表面开裂缺陷。数值计算结果与实验结果相当吻合。     

磨粒建模方法与切削过程仿真研究

针对砂轮表面上磨粒形状不规则、尺寸不确定的几何特征,研究了模拟实际磨粒的几何建模方法。采用随机空间平面切分正六面体的方法构建了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体结构磨粒。基于LS-DYNA软件,采用流固耦合有限元法模拟了不规则多面体结构磨粒的切削过程。分析切削过程中工件材料的应力分布规律与切削变形规律,得出结论:工件材料的加工应力主要集中在与磨粒切削刃及棱角接触的区域;切屑沿磨粒挤压前面向上流动,并于挤压面法向方向上流出;磨粒挤压前角的增大有利于切屑的形成。利用陶瓷立方氮化硼(CBN)砂块进行了磨粒划擦试验,试验结果证实了磨粒切削仿真结果的准确性。     

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

 采用有限元分析软件ANSYS，分析了快速凝固/粉末冶金 (Rapidly Solidified/Powder Metallurgy，RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程，研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响，探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理，进行了成形工艺优化。研究结果表明：挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀，导致了应力应变分布的不均匀：材料表面应力应变较大，芯部应力应变较小；表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因；减小模具和坯料间的摩擦，增大挤压比，可以减小材料表面应力，使应变分布趋于均匀，从而减少材料表面损伤，优化材料表面质量，提高成品合格率。数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考。     

静态低应力无变形焊接技术的数值模拟与优化

针对静态低应力无变形技术(LSND)在铝合金薄板焊接上的应用,开展了其焊接过程应力应变分布特征的有限元数值模拟和优化研究.分别建立了常规钨惰性气体(TIG)焊接和静态低应力无变形技术焊接时温度场和应力应变场的有限元模型,计算了两种方法焊接时温度场、应力应变场的差异.根据数值模拟结果,优化了静态低应力无变形技术的两个重要工艺参数:加热温度和加热区域边缘到焊缝中心的距离,给出了针对具体材料和试件尺寸的工艺参数推荐值.     

超塑性微挤压尺度效应有限元模拟与分析

针对超塑性微挤压工艺的特点,利用有限元方法建立微挤压模型。以制件在微小尺寸下尺度效应的特征为基础,通过挤压力、等效应力分布以及流动网格的变化模拟分析尺度效应对微挤压过程的影响,为微小零件挤压成形的深入研究提供必要的信息与指导。     

用刚粘塑性有限元法分析叶片精锻时的金属流动和变形组织

本文依据现行生产的某航空发动机压气机二级叶片的有关数据,采用刚粘塑性有限元法对叶身截面的成形过程进行了模拟,得到了纯铅和TC4钛合金两种材料在不同工艺条件下的金属流动和应变分布的规律,讨论了摩擦条件和毛边桥尺寸对金属流动的影响比较了锻件内不同区域的应变量所对应的组织。计算网格与实验网格比较基本吻合。     

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

变形参数对挤压成型镍基粉末高温合金 固溶热处理晶粒组织的影响

进行双锥体试样热模拟压缩实验,研究变形温度、应变速率及应变状态对一种挤压成型镍基粉末高温合金固溶热处理晶粒组织的影响,获得在变形温度1060～1120℃,应变速率0.003～0.3 s–1范围内,变形温度、应变速率与热处理晶粒组织的对应关系。结果表明:在相同应变量下,温度一定,应变速率越大,流变应力越大;应变速率一定,温度越高,流变应力越小;在相同应变速率下,较低变形温度的试样晶粒组织出现不均匀的现象;在相同的变形温度下,三种应变速率下的试样平均晶粒尺寸为18～20μm,但较大应变速率的试样明显出现不均匀晶粒组织。为获得均匀的晶粒组织,更适合的热变形参数为:变形温度1120℃,应变速率0.003 s–1。在相同的变形温度和应变速率下,随局部应变的减小,平均晶粒尺寸呈逐渐增大的趋势。     

拉弯过程中预拉力对角型材零件回弹的影响规律

采用弹塑性有限元方法对不同预拉力下角型材的转台式拉弯成形过程进行了模拟.首先建立转台式拉弯成形过程的有限元模型,然后通过分析由模拟计算所得到的不同预拉力下拉弯零件的应力应变场和回弹角,得出预拉力对角型材拉弯零件回弹的影响规律.所得结果可作为设计拉弯成形模具和确定拉弯工艺参数的参考.     

Ti-1023合金桨毂锻件变形过程有限元法模拟和分析

对三种不同毛坯的Ti-1023合金桨毂锻件的变形过程进行了有限元法模拟计算,分析和讨论了变形体流动充填模具的过程和等效应变、温度场分布、载荷变化及模具的表面应力等模拟计算结果,讨论了产生航空锻件有限元法模拟计算误差的原因,提出我国航空锻件变形过程模拟研究的主要方向包括集中在复杂形状的锻件变形过程模拟和晶粒生长、性能的预测上.     

Metal flow hysteresis behavior and shape control strategy during porthole die extrusion of micro heat pipe

The shape control strategy of micro grooves is still unclear and challenging during the porthole die extrusion of grooved micro heat pipe (MHP). Through the simulation and experiment of porthole die extrusion of a MHP profile, the metal flow hysteresis behavior within micro features and the effect of ram speed and extrusion temperature on it and the resulting forming integrity was elucidated. Innovatively, Taguchi design and variance analysis (ANOVA) were introduced to determine their influence magnitude on the metal flow uniformity calculated by simulation results. The main findings are given below. The metal flow hysteresis derives from part feature size effect. The negligible friction-affected area during conventional extrusion severely slows down the metal flow within micro features during the MHP profile extrusion, which is due to the surge in the area ratio of the friction-affected area to the region in which it is located. Neither ram speed nor extrusion temperature can change the distribution of the friction-affected area. However, increasing ram speed multiplies the metal flow hysteresis and severely reduces the forming integrity, whereas extrusion temperature has little effect. Following this strategy, batch extrusion of the profile with micro-grooved width of 0.27 ± 0.02 mm was achieved in industrialized conditions.     

考虑尺寸效应的缺口疲劳寿命预测方法

利用试样缺口根部归一化应力的分布规律，在考虑应力梯度的缺口疲劳寿命预测方法的基础上，着重考虑尺寸效应对缺口疲劳寿命的影响，构建了综合考虑平均应力、应力梯度和尺寸效应的缺口疲劳寿命预测方法.利用已有的TC4合金缺口疲劳试验数据对所发展的方法进行了验证，并与常用的几种局部应力应变法的寿命预测结果进行了对比分析.结果表明:所对比的几种局部应力应变法的寿命预测结果过于保守，而所发展的缺口疲劳寿命预测方法的预测结果几乎全在3倍分散带以内，且大多数预测结果在2倍分散带以内.      

挤压态喷射成形GH738合金热变形行为及组织研究

在温度950~1150℃、应变速率0.001~1 s–1及工程应变50%条件下,利用Gleeble-3500TM热模拟试验机对挤压态喷射成形GH738合金进行热压缩实验,研究合金的流变应力,建立合金热变形本构关系,利用EBSD分析合金组织演变。结果表明:合金流变应力随温度的升高和应变速率的减小而降低,在相同变形条件下,具有细晶组织特征的挤压态喷射成形GH738合金峰值流变应力低于粗晶组织的铸锻GH738合金;挤压态喷射成形GH738合金热变形激活能为651.08 kJ·mol–1,GH738合金的热变形激活能随着初始平均晶粒尺寸的减小而升高;形变温度的升高使挤压态喷射成形GH738合金初始被拉长的晶粒逐渐演变为等轴再结晶晶粒,在1000℃以上获得完全动态再结晶组织,再结晶组织随形变温度的进一步升高发生长大。     

Effects of pore structure and distribution on strength of porous Cu-Sn-Ti alumina composites

Porous Cu-Sn-Ti alumina composites were fabricated by sintering Cu-Sn-Ti alloy powders, graphite particles, and alumina hollow particles agent. The effects of the pore structure and distribution on the composites strength were evaluated. Different pore distributions were modeled by using finite element analysis to investigate the tensile strength of the composites. Furthermore, a fractal analysis-based box-covering algorithm was used on the Cu-Sn-Ti alumina composites topology graphs to better investigate the pore structure and distribution. Results obtained show that different sizes and concentrations of alumina hollow particles could result in different porosities from20% to 50%. A larger pore size and a higher pore concentration reduce the strength, but provide more space for chip formation as a bonding material of a grinding wheel. The body-centered pore structure of the composites shows the highest stress under a tension load. The original composites topology graphs have been transformed to ordered distributed pore graphs based on the total pore area conservation. The information dimension magnitude difference between the original topology graphs and the ordered distributed circulars graphs is found to be linear with the Cu-Sn-Ti alumina composites strength. A larger difference renders a lower flexural strength, which indicates that uniform ordered distributed pores could benefit the composites strength.     

应变对PH13-8Mo 钢在1 050 ~1 150时变形组织的影响

采用Gleeble热模拟试验机,对PH13-8Mo钢进行热变形模拟实验,研究了应变对PH13-8Mo钢在应变速率为10/s,变形温度为1050 ～1150℃时变形组织的影响.结果表明,PH13-8Mo钢在1 050℃、应变达到0.69时仍未发生完全再结晶,但在1100和1150℃、应变分别达到0.29和0.24后,发生了明显的完全再结晶.再结晶体积分数随应变增加和变形温度升高而逐渐增大,直至发生完全再结晶.当应变＜0.29时,再结晶晶粒尺寸和试样的平均晶粒尺寸随应变增加较快地减小；当应变＞0.29后,再结晶晶粒尺寸和试样的平均晶粒尺寸随应变增加缓慢地减小.再结晶晶粒尺寸和试样的平均晶粒尺寸均随变形温度的升高而增大.     

基于小波包分析和案例推理的转子系统故障诊断方法

将小波包分析与案例推理技术应用到转子系统故障诊断中,解决了复杂转子系统中小波包方法故障诊断结果可解释性差、分析判断需要专门经验的问题;用小波包技术所提取的故障特征表示转子系统故障案例,利用案例检索技术将以往相似案例应用到解决当前问题的过程中,提高了故障诊断结果的可解释性。仿真结果证明了该方法的有效性。     

变形温度及变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响

基于楔形试样等温锻造试验,采用Deform-3D模拟软件,模拟确定了楔形试样中不同位置的变形量,研究了不同变形温度和不同变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响。结果表明：在压下速率0.04 mm/s的平模镦粗试验条件下,挤压态 FGH96合金出晶粒异常长大的临界变形温度为1100℃,临界变形量为2%;1000~1070℃锻造变形时,合金不易发生晶粒异常长大,但也有“临界变形量”特征,变形量5%~10%区域晶粒平均直径最大;选择15%及以上的变形量,可以避免晶粒异常长大,并获得均匀细小的晶粒组织。     

直角切削6061-T6铝合金剪切区力学行为及微观结构演化预测

力学行为是塑性变形微观过程的宏观表现,早期的金属切削理论模型没有考虑微观结构对切削力的影响。在考虑热力耦合效应的基础上建立了基于位错密度材料模型的6061-T6铝合金直角切削力预测模型,分析了不同切削参数下基于位错运动的塑性变形机制对切削力的影响。结合等分剪切区和非等分剪切区模型,构建了第一变形区多物理场计算方法,提出一种切屑形成过程中由塑性变形引起的微观结构演化解析模型。通过测量切削力和切屑内晶粒尺寸对模型的可行性进行了初步验证。结果表明：剪切区长度变长引起参与位错滑移的材料增多是切削深度增大导致切削力增大的主要原因。增大切削速度导致切削力的降低不是单一变量影响的结果,而是应变降低引起位错增殖数量减少和温度升高引起位错湮灭作用增加的共同作用结果。非等分剪切区模型正确反映了第一变形区温度和应力的分布特征,且与二维有限元模型分布相一致,建立的第一变形区微观结构演化解析模型能够预测切屑内位错密度和晶粒尺寸。     

细晶态FGH96热成型时的流动行为研究

 通过热模拟试验,对细晶态FGH96 合金的高温流动特性进行了研究,分别从宏观和微观上对影响FGH96 流动特性的因素(变形温度、变形速率和变形程度以及Z 因子和动态再结晶晶粒尺寸等) 作了系统分析。结果表明:变形温度、变形速率和变形程度对流动应力和再结晶晶粒尺寸均有不同程度的影响。在此基础上,建立了细晶态FGH96 合金热成型时的本构模型,该模型充分考虑了变形温度、变形速率和变形程度对流动应力的影响,这对FGH96 合金热成型过程的数值模拟和热力参数的合理制订具有重要意义。