超塑性模锻在航空锻造中的应用

超塑性模锻工艺是近几年中发展起来的一种少无切削加工和精密成形技术的锻造新工艺。它利用金属材料的超塑特性(最佳的塑性)使毛坯成形,得到形状复杂及尺寸较精确的锻件。近年来,高温合金和钛合金的使用不断增加,这些合金的特点是:流变抗力高,可塑性低,具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性,难于机械加工及成本高昂。如采用普通热变形锻造工艺时,机械加工的金属损耗达80％左右,往往不能满足航空零件所需的机械性能,但是采用超塑性模锻方法,就能改变过去肥头大耳的落后锻造工艺。     

GH4169合金超塑性变形及其力学行为的研究

GH4169高温合金经超细化预处理工艺后，在变形温度T为1000℃、初始应变速率5为1．14×10－3s－1的拉伸变形条件下，得到了良好的超塑性，其最高延伸率8max为467％，最低流动应力amin为43．1MPa。合金在较宽的变形温度范围（T为940～1020℃）和应变速率范围内（10－4～10－3s－1）显示出良好的超塑性。这对实际生产中工艺参数的选择及控制提供了很大的方便。应变速率敏感性指数m值可以表征材料超塑性性能的高低，但不能完全衡量超塑性能。     

切削加工中7B04铝合金本构模型

为建立切削加工中7B04铝合金Johnson-Cook本构模型,进行了准静态压缩试验和直角自由切削试验,根据大变形、高应变率和高温度下的材料应力-应变关系对本构模型的参数进行识别,提出了应变软化修正项和应变率硬化系数的形式,最后进行了试验验证,结果表明该模型能够准确模拟出7B04铝合金在切削过程中的应力。     

SiCp/Al复合材料低损伤表面切削加工研究与进展

SiC_p/Al复合材料属于典型的难加工材料,其SiC颗粒增强相的存在使得切削加工时材料已加工表面极易出现基体撕裂、微裂纹、微空穴等缺陷。为了实现SiC_p/Al复合材料的高效低损伤加工,从切屑形成机制、表面完整性和刀具磨损等方面总结SiC_p/Al复合材料切削加工性能及其影响因素,研究表明,该材料增强相颗粒去除方式和去除机理对表面形成过程影响显著;探讨了SiC_p/Al复合材料塑性域加工机理和塑脆转换临界条件获取方面的研究进展,综述了表征SiC_p/Al动态力学性能的宏微观建模方法,分析了多尺度多相耦合切削加工有限元仿真的热点和难点问题;指出了低温微切削、超声辅助微切削、激光辅助微切削等是实现SiC_p/Al复合材料协调变形和塑性域加工工艺条件的发展方向。     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

基于应变速率循环法的TA15钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法对TA15钛合金进行三组高温超塑性拉伸试验,变形温度区间为850~950℃,应变速率循环区间为5×10-6~5×10-4s-1。分析拉伸试验数据后,计算出TA15钛合金动态再结晶激活能Q,结合金相组织分析得出其热变形过程中发生了动态再结晶的结论;并利用Arrhenius模型构建超塑性本构方程,应用origin数据处理软件进行数据分析,求得TA15钛合金高温条件下的超塑性本构方程。运用1stopt软件修正了该本构方程,使其精度达到99.3%。结果表明,TA15钛合金的流动应力对变形温度较为敏感,随着温度的升高,流变应力逐渐减小,软化机制愈发明显,且在900℃附近的超塑性较好,伸长率达到了846%。     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

等半宽高矩形盒零件的超塑性胀形力学解析

本文在粘塑性本构方程基础上，对半宽与高相等的矩形盒零件进行了超塑性胀形力学解析，对变形危险点的应变速率加以最优控制，以使材料厚度分布相对均匀，并提高了形成极限。     

超精密切削积屑瘤问题的研究

结合超精密切削的工艺特点,在分析超精密切削积屑瘤现象及成因的基础上,通过研究切削用量、刀具几何参数、切削液、刀具刃磨等因素对积屑瘤的影响机理,分析积屑瘤对超精密切削加工表面粗糙度、切削力和切削变形、切削振动的影响,并提出超精密切削条件下抑制积屑瘤的主要方法.     

努力开展冷挤压技术

金属冷挤压是少无切削的先进工艺方法之一。由于冷挤压是在三向压应力状态下变形,材料经变形后得到强化,同时因为它不象切削加工那样把金属流线切断,而是获得了连续的金属流线,所以冷挤压制得零件的机械性能远超过切削加工的零件。这就有可能在保证使用     

超硬材料刀具在高速切削中的应用

超硬材料刀具是实现高速切削加工的基本条件，应用日益广泛。超硬材料刀具的主要特点是能提高切削参数几倍甚至10几倍，同时使用寿命比普通刀具提高几倍甚至几十倍。超硬材料刀具的优势是可用单一工序代替多道工序，大大缩短工艺流程。例如车、幢、铣削加工中，可以直接完成精密加工；尤其是利用超硬材料刀具可对淬硬零件直接以车、铣代替磨削加工；在模具制造中数控铣削应用超硬材料刀具后，有取代部分电加工的趋势。超硬材料刀具一般是指使用天然金刚石或硬度、性能与之相近的聚晶人造金刚石（PCD），和聚晶立方氮化硼（PCBN）制作的刀…     

材料参数及静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形影响的数值分析

本文将变形损伤效应引入到基于超塑成形的微观机理推导出的超塑性本构方程中，并将本构方程应用于刚塑性有限元模拟程序，分析了板料超塑胀形过程，研究了应变速率敏感性、孔洞长大以及叠加静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形极限的影响，对模拟结果与实验结果进行了比较。     

GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究

 基于高应变率下GH4169高温合金的本构关系是采用有限元法对GH4169高温合金进行切削加工数值分析研究的基础。本文针对GH4169高温合金,通过试验对其在温度为室温至1 000 ℃、应变率为2 000～10 000 s^-1的范围内的本构关系进行了研究。研究发现高应变率下GH4169高温合金的流动应力与塑性应变关系接近线性关系,同时温度影响着高应变率下应变率对本构关系的影响程度及方式。根据GH4169合金流动应力曲线的特点,对Johnson-Cook本构模型进行修正。基于试验结果,通过数据拟合确定了对应高应变率GH4169高温合金的材料常数,建立了描述GH4169高温合金高应变率下的本构模型,为切削加工有限元数值分析提供了理论基础,并为相关类似研究提供了思路。     

2219铝合金拉拔式摩擦塞焊数值模拟

基于有限元（FEM）基础理论，建立了拉拔式摩擦塞焊（FPPW）二维轴对称热-力耦合模型，对FPPW焊接过程中的焊接温度场、塑性流动进行数值模拟。研究结果表明，因界面处摩擦热向外部环境散失，焊接初始阶段的界面温升速率高于准稳态阶段。试板侧温度梯度高于塞棒侧，热量易在塞棒侧进行集中；材料强度和变形抗力随温度和应变上升而下降，试板上壁面优先形成摩擦界面并先于下壁面出现塑性金属流动形成飞边，下壁面材料待充分软化后方才出现塑性金属流动；FPPW焊接过程达到准稳态阶段后，焊接界面处应力状态呈中心压应力、两侧拉应力分布，拉应力驱动了上、下壁面处焊接飞边的成形。模拟结果与实际结果一致。     

应变速率循环对Ti—10V—2Fe—3Al合金超塑性的影响

应变速率循环法是一种新式的超塑性试验方法,即试样在拉伸变形过程中,应变速率的大小按预定规律不断连续循环变化,直至试样拉断,从而获得材料的超塑性力学性能参数。本文采用这种方法研究了Ti-10V-2Fe-3Al合金的超塑性。结果表明,该合金具有良好的超塑性,同传统的恒应变速率拉伸试验相比,应变速率循环能有效地提高合金的超塑性能,获得更大的延伸率和更高的应变速率敏感性指数m值。例如,在最佳变形温度800℃条件下,延伸率从296％增大到440％,m值从0.36提高到0.48。应变速率循环为该合金超塑技术的应用开辟了新的途径。     

GH4169高温合金高速切削表层微观组织分布规律研究

高速切削过程中,剧烈的塑性变形和极高的切削温度容易引起已加工表层材料的微观组织缺陷,从而成为工件服役过程中疲劳断裂的潜在风险。本文结合试验测试和有限元仿真研究了GH4169高温合金高速加工表层材料的微观组织演变规律及形成机制。开展了高速正交切削试验,并通过电子背散射衍射（EBSD）技术观测了已加工表层材料的微观组织。随后,基于修正的Johnson–Cook本构模型建立了GH4169高温合金高速正交切削有限元分析模型,并获得切削过程中工件表层材料的温度场和应变场。结果表明,已加工表层材料的温度、应变和微观组织均呈现梯度分布特征,近表层材料的晶粒细化至纳米级。切削过程中产生的梯度分布的力–热载荷是导致已加工表层材料微观组织呈现梯度分布的原因。     

电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

非等温循环粘塑性本构模型研究

本文提出了一个考虑在非等温条件下循环硬化行为的温度依赖性的粘塑性本构模型。在该模型中, 引入了三个具有不同演化速率的背应力演化方程;对各向同性变形阻力引入了具有先前加载历史和温度历史记忆的演化方程。将本文模型用于1Cr18Ni9Ti不锈钢的单轴非等温循环加载历史下材料变形行为的本构描述中, 其预言结果与实验结果吻合较好, 表明该模型能很好地描述材料在非等温条件下的循环变形行为。      

TC4-DT合金应变诱发最大m值超塑性变形研究

采用基于最大m值法的应变诱发超塑性工艺,研究了TC4-DT钛合金在850~900℃和预应变量为1.0~2.0时的超塑性变形行为特征,确定了其最佳工艺参数。结果表明:在预应变量相同的条件下,随着温度的升高,合金的伸长率先增后减,在温度相同的条件下,随着预应变量的增加,合金的伸长率先增后减。超塑性变形后其内部发生了明显的动态再结晶,应变诱发最大m值超塑性的主要变形机制是晶界滑移,动态回复和动态再结晶为变形机制的辅助机制。最佳的工艺参数为变形温度870℃、预应变量1.5,最大伸长率1033%。     

Ti—15—3钛合金超塑性最佳变形模式的研究

介绍了Ｔｉ－１５－３钛合金在等速和应变速率循环两种变形模式下的超塑性能,进而探讨它的最佳变形模式计算机优化的原理和实验方法。实验结果表明,未经细化处理的Ｔｉ－１５－３钛合金在应变速率循环的变形模式下具有比常规变形模式更显著的超塑性,而通过计算机优化可以进一步挖掘材料的潜力,获得更为优良的超塑性。