具有初始织构的AZ31镁合金等通道挤压的显微组织和织构研究

利用X射线衍射技术,分析了具有初始{0002}织构的AZ31镁合金在等通道挤压（ECAP）过程中显微组织和织构的变化。结果表明：在等通道挤压过程中晶粒发生了动态再结晶,使晶粒细化,显微组织观察表明,等通道挤压能有效细化晶粒。随挤压道次增加,晶粒尺寸变小,同时晶粒均匀性得到改善。当挤压达到12道次时,平均晶粒尺寸由初始状态的30μm降低到8μm左右,晶粒尺寸降低。由于镁合金的基面滑移很容易发生,同时镁合金在初始状态有很强的{0002}基面织构,所以试样的在变形中的滑移倾向于基面滑移。材料在挤压过程中晶粒向平行于基面的方向转动,以利于晶粒的基面滑移。因此,随挤压次数的增加,基面织构强度增加,当挤压道次为12时,材料形成很强的{0002}〈1120〉织构。     

TC4合金低塑性抛光过程数值模拟

为了研究低塑性抛光工艺参数对材料表面性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对TC4合金板材低塑性抛光表面强化过程进行了数值模拟。运用单因素试验法分别分析了液压油预压力、滚压速度、滚压道次、进给量4个工艺参数对表面残余应力的影响。结果表明:液压油预压力对残余应力分布影响最大,增加液压油预压力可使残余压应力层深度明显增加;滚压速度和滚压道次主要影响表面残余应力,表面残余压应力随滚压速度减小和滚压道次增加而增大;进给量对残余应力分布均匀性有显著影响,减小进给量可使均匀性增高。通过对比残余应力分布,建议液压油预压力设为450 N,滚压速度取为10 mm/s,进给量取为0.1 mm,滚压道次选择为3次。研究结果可为TC4合金低塑性抛光试验工艺参数选取提供理论参考。     

ZSGH4169合金细观力学行为的数值模拟

基于晶体塑性本构理论,利用多晶代表性单元从细观尺度研究了ZSGH4169合金在650℃条件下考虑双轴应力状态的循环应力应变行为.计算结果表明:该合金在双轴拉伸应力控制下存在与低周疲劳试验常用的单轴应力状态一致的棘轮效应.对两种应力状态下的结果进行对比发现,在1150MPa应力单轴循环载荷下初始循环残余应变比双轴应力状态高出3倍,且双轴应力状态下最终循环稳定,残余应变约为1.2%,但在单轴应力状态下是不稳定的.对应力和塑性应变累积不均匀性的分析表明:单轴和双轴拉伸状态下,虽然应力和应变分布的不均匀性都随着循环数的增加而增加,但单轴拉伸状态下平均应力随循环数增加,而双轴拉伸状态下几乎为常数.      

工艺参数对Ti75 合金筒形件旋压成形的影响

建立了Ti75合金筒形件旋压三维有限元模型,分析了旋压过程中应力应变的分布规律.得到了进给速率、减薄率和旋轮工作角三个关键工艺参数对旋压过程的影响规律:随着旋轮工作角、进给速率和减薄率的增加,旋压力和隆起高度均增大;等效塑性应变随着减薄率的增加而增大,随进给速率的增大而减少,进给速率超过1 mm/s时,等效塑性应变基本保持不变;工作角小于20°范围内变化时,最大等效塑性应变几乎不变,当旋轮工作角超过25°,最大等效塑性应变迅速增大.     

滚弯成形解析建模与数值分析

建立了考虑材料塑性强化的滚弯成形力学分析解析模型,推导出了应力应变、残余应力以及回弹半径计算公式.基于非线性有限元软件,对滚弯成形进行了动态模拟,对应力应变状态、塑性应变分布、残余应力以及回弹等进行了分析计算,结果表明:板料滚弯成形初始效应明显,下压点附近曲率不均匀;采用足够的滚弯时间后,中间段的曲率均匀度很好;成形半径与上辊下压量呈近似幂函数关系;多道次滚弯可以减小两端的曲率波动和最大应力应变.最后通过与滚弯成形试验数据的对比,分析和验证了解析模型与数值模型的适用性和精度.     

大变形异步叠轧技术制备高强高导超细晶铜材研究

采用大变形异步叠轧并结合退火处理制备出了超细晶铜材。讨论了大变形异步叠轧的搓轧区、界面以及变形量等技术特征,测试了超细晶铜材的组织及性能。结果表明,搓轧区的存在促进了界面的复合和晶粒的细化;纯铜经过室温六道次AARB变形(累积真应变4.01)后,包含有许多亚结构,之后再经过220℃/35min退火处理,亚结构消失,获得了平均晶粒大小为200nm、抗拉强度、屈服强度分别为424.5MPa,323.1MPa、电导率为76.3 MS.m-1的高强高导超细晶铜;晶界面积的增加提高了超细晶铜的显微硬度;超细晶粒的变形不均匀性小和应力集中小,使得超细晶铜的塑性好、强度高;超细晶铜材的塑性变形机制受晶界行为控制。     

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。     

FGH97缺口试样基于黏塑性本构的弹塑性响应分析

针对缺口试样在高温条件下局部区域应力应变难于测量的问题,基于光滑试样材料力学性能试验,优化得到550℃粉末高温合金FGH97的Chaboche黏塑性统一本构方程参数,并将其应用到FGH97缺口试样单调拉伸及循环加载弹塑性有限元分析中.研究结果表明:①缺口局部区域进入塑性后其应力分布与弹性条件明显不同,随应力增大,最大应力位置向内移动;②在循环载荷条件下,随着循环数的增加,缺口平分线上应力/应变范围变化不大,缺口根部塑性区域出现明显平均应力松弛,并逐渐趋于稳定,导致缺口根部循环载荷比不同于外部施加载荷;③缺口根部塑性区域逐渐增大,但增大的幅度逐渐降低.该研究可为进一步分析缺口构件疲劳寿命影响因素提供支持.      

钛合金超塑性成形过程的数值模拟

以TC4合金层板结构的超塑性成形过程为研究对象,采用有限元软件MARC模拟计算了TC4合金宽弦空心夹芯结构的超塑性成形过程。分别分析了应变速率敏感指数、目标应变速率及扩散连接宽度等参数对贴模过程及壁板厚度分布的影响。结果表明:当应变速率敏感指数较大时,夹芯结构会发生沿纵向挤出延伸变形;当目标应变速率为10-3时,材料表现出较佳的超塑性性能;而扩散连接宽度的大小对超塑性成形后板材壁厚分布的均匀性有一定影响。通过控制最大应变速率的方法,提取出了最优化的压力时间曲线。研究结论可为钛合金空心夹芯结构件的超塑性成形提供理论参考。     

飞机起落架内螺纹冷挤压成形过程的研究

利用高级非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA,采用刚塑性有限元法对内螺纹冷挤压成形过程进行了模拟,得出了挤压成形过程中应力、应变的分布规律,全面地阐述了金属塑性成形有限元仿真技术.研究结果表明挤压时工件在扭矩的作用下,外表面产生压应变,内表面产生拉应变,应变自内向外逐渐增大,最外层达到最大值,大大提高挤压内螺纹件的抗拉强度和抗疲劳性能,对内螺纹冷挤压成形的工艺参数控制及塑性成形有限元仿真具有指导意义.     

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。     

Al-Zn-Mg-Cu合金多道次热变形及固溶处理过程中的晶粒演变

定量研究Al-Zn-Mg-Cu合金多道次热变形及固溶处理过程中的晶粒演变。采用Gleeble 1500D热模拟机进行热压缩实验,采用电子背散射衍射(EBSD)定量表征微观组织。主要研究变形量、变形道次、变形温度以及变形速率对平均晶粒尺寸、再结晶体积分数、大小角度晶界比例等微观组织特征的影响。结果表明:平均晶粒尺寸、再结晶体积分数以及小角度晶界比例均随着变形道次的增加而降低;随着温度的升高,大角度晶界比例减小,小角度晶界比例升高;平均晶粒尺寸和大角度晶界比例随着变形量的增大而减小,而小角度晶界比例的变化则呈现出相反的趋势。     

基于红外热成像的TC4钛合金光纤激光焊接接头拉伸力学性能研究

对光纤激光焊接2.5mm厚TC4对接接头的拉伸力学性能进行研究,其研究方法为在常规的拉伸试验中,附加同步的红外热像测量,实时记录拉伸全过程中试样在力作用下温度场的变化。常规测试结果表明:接头与母材的强度相当,延伸率只达到母材的59.53%。试样温度场测试结果表明:当接头和母材受到的轴向载荷低于屈服强度对应载荷时,接头在热影响区部位会产生较大的应力集中,但接头和母材均未产生明显的塑性变形;当载荷等于屈服强度对应载荷时,均在宏观屈服点之前发生了微观的塑性变形;当载荷等于抗拉强度对应载荷时,接头发生剧烈塑性变形区域的长度只达到母材的35%,且接头与母材发生剧烈塑性变形区域的长度随拉伸过程的进行逐渐增加。     

LC4铝合金厚板的塑性变形各向异性

 LC4铝合金厚板的塑性变形具有明显的各向异性。本文提出一种表示各向异性的方法及其随纵向应变和热处理状态的变化,并观察了断口形态。     

SiC_P/Al-Cu复合材料动态再结晶行为及临界条件

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对40%SiC_P/Al-Cu复合材料进行压缩实验,研究其在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的高温塑性变形行为。由实验得出变形过程中的应力-应变曲线,采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ-ε曲线的拐点和(-α(lnθ)/αε)-ε曲线最小值的判据,研究该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明:40%SiC_P/Al-Cu复合材料的应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力(σ_p)随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;该材料的lnθ-ε曲线出现拐点,(-α(lnθ)/αε)-ε曲线出现最小值;临界应变(ε_c)随变形温度的升高与应变速率的降低而减小,且临界应变与峰值应变(εp)之间具有相关性,即ε_c=0.528εp;临界应变与Zener-Hollomon参数(Z)之间的函数关系为ε_c=4.58×10~(-3)Z~(0.09)。透射电镜观察显示应变为0.06时(变形温度为400℃,应变速率为10 s~(-1))已经发生动态再结晶,应变为0.2时,动态再结晶晶粒充分长大。     

TC4钛合金切削中切屑塑性变形分析

对TC4钛合金切削过程中锯齿形切屑形成过程和切削力的关系进行了实验研究,并对锯齿形切屑形成中微观塑性变形区进行了分析。结果表明:当切削速度大于48.75 m/min时,切屑由带状转变为锯齿形。锯齿形切屑的形成导致了切削过程中切削力的波动变化,切削力与切屑的锯齿形变化规律一致,锯齿形切屑形成中塑性变形区的宽度随切削速度的增加而减小。     

不同冷却介质下多道次搅拌摩擦加工对 AZ91镁合金组织和性能影响

对铸态 AZ91镁合金板进行了三种不同冷却条件下的多道次搅拌摩擦加工,即两次空气、一次空气和一次水下、两次水下的搅拌摩擦加工,并对其组织和力学性能进行了研究。研究结果表明：在多道次搅拌摩擦加工过程中,剧烈的塑性变形使搅拌区内呈网状的第二相β-Mg17 Al12显著破碎变成细小颗粒状,搅拌区的微观组织均得到了显著细化,三种不同冷却条件下样品的平均晶粒尺寸分别为5．8μm,1．4μm 和0．8～1μm;两次水下加工的组织更为细小,其显微硬度、抗拉强度和延伸率较其他两种冷却条件下多道次搅拌摩擦加工样品的高,分别为94．7 HV,355．5 MPa 和31．5％。     

低周载荷对高周裂纹裂尖塑性区的影响

为探明高低周复合疲劳裂纹扩展中高低周载荷交互作用机理,采用弹塑性有限元模型模拟了含中心裂纹试件在高低周载荷交互作用下裂尖塑性区的变化.结果表明:低周载荷的卸载作用导致高周载荷对应的裂尖反向塑性区明显减小,裂纹闭合水平也因此降低,进而加速裂纹扩展,致使高低周复合疲劳裂纹扩展寿命降低.在此基础上,对比研究了低周载荷应力比、高周载荷应力比、高低周载荷循环比对裂尖反向塑性区的影响.结果表明:随着低周载荷应力比降低、高周载荷应力比增加,循环比的减少,均导致低周载荷的卸载作用增加.      

GH39合金拉伸应变硬化行为与断口形貌

采用不同应变速率(0.0001~0.1s-1)下单轴拉伸实验对 GH39合金应变硬化行为与断口特征进行了研究。结果表明：应变硬化指数在不同应变量下表现出多重性,真应力应变不完全遵循 Hollomon 对数线性关系。塑性变形开始阶段,应变硬化指数n为恒定;真应变ε在0.014~0.13,n随着应变的增加而增加,在此过程由于形成大量形变孪晶,孪晶与位错相互作用,硬化能力增强;随着应变速率的提高,材料的应变硬化指数略下降;在低应变速率时段合金的拉伸断口为延性断裂,随着应变速率的增加从韧窝状延性断裂向半解理断裂过渡。     

剧烈塑性变形对钛合金热氧化的影响

钛合金热氧化通过在表面形成氧化层和氧扩散层改善其综合性能。热氧化前对钛合金进行剧烈塑性变形可以引入高密度晶界、位错、孪晶界等晶体缺陷及高畸变能,能够促进氧原子吸附、降低氧化物形核温度、加速氧化膜生长并促进氧原子向基体内的扩散,形成更厚、更致密的氧化层和更深的氧扩散区,获得更好的性能。本文对剧烈塑性变形钛合金的热氧化进行综述。首先,介绍了几种常见的剧烈塑性变形方法,总结了钛合金剧烈塑性变形和热氧化复合处理的工艺情况和处理效果。然后,根据氧化物形成的一般过程阐述了剧烈塑性变形引起的微观结构变化对氧原子吸附、氧化物形核、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧扩散区形成的影响机理。最后,总结了剧烈塑性变形对氧化膜厚度、氧扩散区范围和氧化物形貌等热氧化微观结构及硬度、摩擦磨损等力学性能的影响,指出了当前研究中存在的问题,并展望了未来的研究方向。