TC4钛合金薄壁带筋锥形环辗轧充填规律

钛合金薄壁带筋锥形环件是航空航天关键基础构件,型槽充填不满、截面轮廓难以精确成形,是该复杂异形环件精密辗轧成形面临的瓶颈问题。本文分析了影响型槽充填行为的关键影响因素,即决定塑性变形行为的每转进给量、以及决定每转进给量在环件内外表面分配比例的驱动辊半径和芯辊半径;以某TC4钛合金薄壁带外筋锥形环辗轧为研究对象,通过ABAQUS的VUAMP子程序开发,建立了实现以常每转进给量进给的芯辊运动闭环控制有限元仿真模型;进而模拟揭示了每转进给量、驱动辊半径和芯辊半径对型槽充填质量(充填率、型槽入口变形及其均匀性)的影响规律。结果表明:随着每转进给量增大,充填率先增大后减小,表明存在一个最佳的每转进给量最利于充填;随着每转进给量增大,型槽入口区域变形越小且分布越均匀,可有效抑制该区域产生裂纹缺陷;随着驱动辊半径增大,充填率逐渐减小,不利于型槽充填;随着芯辊半径增大,充填率逐渐增大,有利于型槽充填。     

TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。     

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。     

5B70合金大尺寸锻环成形工艺及组织性能

针对大尺寸5B70锻环性能提高需求，通过对5B70均匀化铸锭进行不同温度和应变速率下的热压缩模拟，获得应力应变数据并拟合了该合金的热加工图，以指导大尺寸锻环成形。从热加工图中得到该合金合适的热变形温度为400~450 ℃，变形速率为0.1/s左右最为合适。根据该加工图，采用相同条件的环锻工艺，制备了5B70铝镁钪合金试验件和尺寸为Ф2 900 mm×Ф2 600 mm×700 mm成品环件，并讨论了热变形工艺对成形件组织和性能的影响。结果表明，铝镁钪合金在该热变形条件下进行塑性变形，没有出现加工失稳等变形缺陷，可获得力学性能和塑性综合表现良好的铝镁钪合金成形件。     

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.     

高温变形参数对TC6钛合金微观组织的影响研究

在热模拟实验和金相实验的基础上,研究了变形参数(变形温度、应变速率、变形程度)对TC6钛合金微观组织的影响。研究结果表明:变形温度对TC6钛合金的变形组织有着显著影响。在两相区,随着变形温度的升高,组织中初生相的含量在减少,而相晶粒的尺寸有先增大后减小的趋势。应变速率对TC6钛合金变形组织中初生相的形态和尺寸有较大影响。较大的应变速率能促进变形时的动态再结晶,有利于晶粒的细化。变形程度存在着一临界值,当超过这一临界值后,变形程度的增加有利于晶粒的细化。     

GH536带孔平板试样蠕变分析

采用有限元方法对GH536带孔平板试样的蠕变响应进行了数值模拟,以圆孔半径为尺寸参数,研究了不同圆孔半径试样的蠕变应力、蠕变应变分布及其随时间的变化。计算结果表明:圆孔半径对应力分布影响显著,圆孔半径越小,最大等效应力越大,最大等效应力随时间的松弛越明显,蠕变引起的应力重新分布越明显;对含局部应力集中部位结构进行持久强度储备和寿命分析时,必须考虑局部应力分布特性的影响。     

TC6钛合金超塑性变形

对TC6钛合金在800~900℃温度区间内,分别进行应变速率为0.0001~0.1 s-1的恒应变速率法拉伸实验和最大m值法超塑性拉伸实验,获得拉伸过程应力-应变曲线,并采用金相显微镜对拉伸后断口附近显微组织进行分析。结果表明：TC6合金表现出良好的超塑性性能,随着应变速率或温度的升高,伸长率先增大后减小,恒应变速率拉伸时,在温度850℃、应变速率0.001 s-1条件下伸长率可达到993%;在同一变形温度下最大m值法拉伸能获得比恒应变速率法更好的超塑性,850℃时伸长率达到1353%;TC6合金在超塑性变形过程中发生了明显的动态再结晶,并随着应变速率和温度的升高动态再结晶行为增强。     

GH4169合金矩形截面环轧制曲线的实验研究

 轧制曲线是环件轧制工艺设计的核心问题，尤其对钛合金和高温合金这类难变形材料环件，它是影响显微组织和尺寸精度的关键因素。采用不同类型的轧制曲线对相同尺寸GH4169合金矩形截面环进行了双向轧制实验研究，主要分析了轧制曲线类型对环件温度、环件径向增长速率、双向轧制力的影响。结果表明,“上凸型”轧制曲线有利于控制环件温升，“下凹型”轧制曲线则能较好地降低轧制力能和提高环件尺寸精度。另外，为了能更有效地控制环件截面角部的温升，保证截面组织均匀，提出了GH4169合金这类难变形材料矩形截面环轧制的特殊轧制曲线。     

变摩擦控制厚度分布的TC4深筒形件正反向超塑成形

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景,采用MARC有限元模拟分析了正反向超塑成形时预成形模和终成形模的表面摩擦系数对成形件壁厚分布的影响.结果表明:合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利.同时,合理减小终成形模的摩擦力,可以使板料褴体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据模拟结果,采用机械加工方法增加预成形模表面粗糙度以增大摩擦力,在终成形模表面喷涂润滑剂以降低摩擦力,通过正反向超塑成形实验制得厚度分布在1.50～1.78mm范围内的航天用TC4钛合金深简形件,比普通正反向超塑成形件厚度分布(1.18～2.24mm)有了很大改善.     

GH4169合金异形环件轧制过程的最优主辊转速

合理的主辊转速是保证异形环件顺利轧制的重要因素.基于ABAQUS/Explicit显式算法建立了异形环件轧制过程的三维有限元模型,系统分析了主辊转速对异形环件轧制过程及其热力参数分布的影响规律,并进行了GH4169合金压气机机匣试验验证.结果表明:当主辊转速较大时,环件发生明显的轴向收缩现象;当主辊转速较小时,轴向收缩...     

铝合金盘型件等温辗压过程中晶粒尺寸演化的数值模拟与实验验证

 为了揭示盘型件双面辗压成形过程中微观组织的演化特征,应用数值模拟方法研究了这一成形过程中所发生的动态再结晶和晶粒长大规律.所研究的盘型件材料为铝合金6061,辗压成形温度为350~500 ℃.晶粒尺寸演化规律的数值模拟结果与实验结果基本符合.与整体锻造不同,双面辗压成形没有变形死区,并且越靠近盘型件表面晶粒细化效果越好;辗压头通过对盘型件厚度方向压缩和表面环向剪切两种方式驱动盘型件变形.计算结果表明,即使压下量零增量辗压也会在沟槽附近产生显著变形和晶粒细化,这说明盘型件变形和组织演化主要源于辗压头对盘型件表面的环向剪切;多遍次辗压过程中,第1遍次辗压对晶粒细化的贡献最大,后续辗压的贡献较小;提高成形温度可能会出现动态晶粒长大区,在这种情况下,盘型件上的点将交替发生动态再结晶和动态晶粒长大,最终晶粒尺寸会有一定程度增加.     

On a plastic instability criterion for ultra-large radial-axial ring rolling process with four guide rolls

A dynamic mechanical model is proposed to describe the complexing actions of all the rolls on the ring during the ultra-large radial-axial ring rolling(RARR) process with four guide rolls. Based on the model, the calculation models for bending moment and normal stress at any section of the ring are deduced by force method. If the maximum section bending normal stress exceeds the yield stress of the ring materials, the ring will be distorted thus leading to the instability of the RARR process. Ac...     

单边缺口板材试样的J积分试验标定

 单边缺口试样的J积分,当取其缺口内表面为积分回路时,有特别简单的形式,即,并可进一步简化为,其中。 本文对两种单边缺口试样（缺口根部曲率半径ρ分别为20毫米和9毫米）,测定了缺口内表面的应变分布ε（θ）,再经应力-应变曲线转换成形变功密度分布W（θ）,最后通过数值积分求出系数A。试验结果与考虑了Weiss塑性区修正的线弹性断裂力学方法做了比较。     

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。     

An innovative constraining ring rolling process for manufacturing conical rings with thin sterna and high ribs

Conical rings with thin sterna and high ribs (CRTSHR) are key bearing-load parts of aerospace equipment, which are required to be manufactured with high performance and efficiency. Traditional ring rolling is the most preferred method for manufacturing high-performance ring parts, but it can hardly achieve the forming of CRTSHR due to the extreme geometry of CRTSHR. To solve this difficulty, an innovative constraining ring rolling process (CRR) is proposed in this paper to manufacture CRTSHR. To evaluate the proposed CRR and reveal its deformation behaviors, a thermomechanical coupled FE model for CRR of CRTSHR is established. Then, the experiment for CRR of CRTSHR is performed on a modified ring rolling machine, which proves that CRR of CRTSHR is feasible and the established FE model is reliable. Based on the reliable FE model, the metal flow mode in deformed CRTSHR is analyzed, and the deformation characteristics such as the stress state, strain distribution and the evolution of power parameters in CRR of CRTSHR are revealed. Finally, the influences of key parameters such as the friction factor between ring and molds, the diameter of idle roll and the feed velocity of idle roll on CRR of CRTSHR are investigated by FE simulation.     

高负荷压气机叶栅分离结构及其等离子体流动控制

 为揭示高负荷压气机叶栅内部流动损失的产生机理和分布规律以及等离子体气动激励的作用机制,利用拓扑分析和数值计算方法,从计算模型的建立与验证、基准流场的分离结构和等离子体流动控制3个方面展开研究;对总压损失系数分布、拓扑结构和表面流谱与空间流线分布以及旋涡结构进行分析,并开展了激励方式的优化分析.结果表明:随着攻角的增大,固壁面拓扑结构增加了3对奇点,吸力面流向激励改变了固壁面拓扑结构.当攻角为2°时,在吸力面拓扑结构中产生了一对奇点,打断了角区分离线,并引入了一条回流再附线.叶栅流道内部有5个主要涡系,尾缘径向对涡促进流体的展向流动,并成为吸力面倒流的主要组成部分;角涡是一个独立的涡系,其强度和尺度不受等离子体气动激励的影响.吸力面流向激励可以改善叶中流场,但对角区流动作用很小;端壁横向激励可以降低角区流动损失,对叶中流场作用有限;吸力面流向与端壁横向组合激励在整个叶高范围内均可以显著抑制流动分离;端壁横向流动对角区流动分离结构的影响大于吸力面附面层的分离.吸力面流向激励的优化明显降低,而端壁横向激励和组合激励的优化保持并增强了等离子体流动的控制效果.     

航空发动机W形封严环封严效果影响因素分析

在一定气压差和封严面的机械表面形态下,W 形封严环的封严效果和其与法兰之间的封严面积密切 相关,合理选择封严环结构参数并提升封严环与法兰之间的封严面积,可以达到提升封严性的目的。使用有限 元分析软件ABAQUS模拟在预紧工况下,封严环主要结构参数、预压紧量对W 形封严环与法兰之间封严面积 的影响规律。结果表明:选取较大的外半径,预压紧量和壁厚可使零件与法兰封严面积增大,壁厚与外半径对 封严环与法兰接触面积影响较大,在设计过程中应综合考虑封严效果和刚度弹性,合理选择壁厚和外半径的 大小。