变温热处理过程的相场模拟及其参数标定

航空发动机双性能涡轮盘热处理工艺的研究,大多采用试验的方法建立涡轮盘合金的热处理工艺数据库,但试验法的研究周期长、成本高,提出一种可用于预测变温热处理过程中晶粒演化行为的相场模型。为了模拟不同热处理温度下高温合金的晶粒演化行为,对相场模型进行改进,在相场模型中引入Arrhenius关系,用于描述高温合金晶界运动与温度的量化关系。基于改进的相场模型和拟合的模型参数,计算分析热处理过程中晶粒尺寸的变化和形貌演化规律。结果表明:计算数据与试验数据吻合,晶粒的演化规律与理论分析和试验观察结果一致,证明了拟合的Arrhenius关系中的晶界迁移速率M适用于模拟相应温度下的热处理过程,同时,以上结果也验证了该模型改进方法的可行性及其拟合参数的准确性。     

Haynes 282新型高温合金晶粒长大行为及数学模型研究

为了研究新型合金在高温状态下的晶粒长大行为，进行了Haynes 282合金在973～1 373 K条件下保温0～10 800 s的晶粒长大实验，通过实验分析了保温时间和保温温度对其晶粒尺寸的影响，研究了晶粒尺寸在其实验条件下的演变规律。由此构建了符合Haynes 282合金晶粒长大的数学模型，该模型的建立能够有效表征Haynes 282合金在高温下的晶粒长大行为。     

扫描振镜激光TC4钛合金焊接性能及熔池流动行为

钛合金广泛应用于飞行器及航空航天发动机，激光焊是连接钛合金的优异焊接方法，目前主要问题是气孔导致的接头性能降低。扫描激光能显著改善激光焊接过程中的匙孔行为及熔池流动状态，从而降低气孔率、细化晶粒，最终提高接头性能。采用光纤激光器对4 mm厚TC4钛合金进行扫描振镜激光焊接，对比分析了以0.4 mm为步长、0.4～1.6 mm扫描幅度扫描前后的焊缝成形、力学性能、晶粒细化程度、熔池流动与匙孔行为。结果表明圆形扫描路径下，激光功率为4 kW、焊接速度为1.2 m/min、离焦量为0、扫描频率为100 Hz、扫描幅度为0.8 mm时，匙孔型气孔受显著抑制，且对应的接头抗拉强度最高，为1 025.03 MPa,达到了母材的96%。与无扫描光束相比较，扫描幅度为0.8 mm的接头上部平均晶粒面积减小了65%;圆形扫描的加入使熔池流动具有方向性，同时扫描激光能扩大并稳定匙孔，减少飞溅与气孔。     

抽拉速率对定向凝固DZ4125合金温度场及晶粒竞争生长的影响

为探究定向凝固DZ4125柱晶高温合金中温度场分布情况，并研究不同抽拉速率对温度梯度及糊状区变化的影响规律，利用ProCAST软件对抽拉速率分别为3、5、7 mm/min的定向凝固过程进行模拟。结果表明：当试棒位于保温区时，等温线呈外侧低内侧高的倾斜分布，当试棒位于冷却区时，等温线呈外侧高内侧低的倾斜分布；随着抽拉速率的增加，温度梯度逐渐减小；糊状区形状取决于抽拉速率和距水冷盘的距离，当抽拉速率为5 mm/min时，凝固前沿水平状保持的时间最长；在此基础上，对定向凝固试棒进行精铸实验，并研究3mm/min和7 mm/min下试棒液相线形状与晶粒结构之间的关系，发现液相线呈凹形和凸形时，晶粒分别向试棒中心和表面方向生长，水平的液相线能促进晶粒沿试棒轴线方向生长。     

烧结压力对FGH4096粉末高温合金显微组织和拉伸性能的影响

采用振荡热压技术和热压技术制备了粉末高温合金FGH4096,研究了烧结压力对合金微观组织和拉伸性能的影响。结果表明，随着烧结压力的增加，样品致密度增加，原始颗粒边界(PPB)趋于严重，晶粒尺寸减小，大角度晶界和孪晶界出现的概率增大，室温拉伸性能提高。振荡烧结压力的引入有助于样品致密度的提高、PPBs缺陷的抑制、晶粒尺寸的减小、室温拉伸性能的显著提升，尤其是延伸率，可由26.1%增加至35.2%,增幅达35%,样品断裂模式由沿颗粒断裂为主变为沿颗粒与穿颗粒的混合断裂。     

三维网格动态细化技术在切削仿真中的应用

为解决切削加工有限元仿真模型求解速度与精度难以平衡的问题，提出了一种适用于三维有限元模型的网格动态细化算法。该算法的主要功能包括网格细化区域判断、网格细化以及新旧网格物理场传递。采用Python语言对Abaqus软件进行二次开发，将该算法应用于Ti2AlNb钛合金车削加工仿真之中，并最终通过实验验证了仿真模型的准确性。与采用局部网格细化的仿真模型计算结果对比，采用网格动态细化技术的仿真模型求解切削力误差增加了7.3%，求解最大应力误差增加0.2%，求解速度提升174.2%。实现了在保证仿真计算精度的基础上，有效提高运算速度。