直径增大速率对IN718合金环件径轴向轧制成形微观组织演变的影响

IN718合金环件径轴向轧制(Radial-axial ring rolling,RARR)成形容易出现混晶和局部晶粒粗大,导致零件无法满足航空发动机严苛的服役要求。以环件匀速长大为稳定轧制条件,给出了径轴向协同进给速度模型,并建立轧辊自适应径轴向轧制多场耦合有限元模型。应用以位错密度、再结晶分数和晶粒尺寸为内变量的统一本构模型,通过多场耦合有限元模拟研究了环件直径增大速率对IN718合金径轴向轧制成形微观组织的影响。结果表明:在保证稳定轧制的前提下,提高直径增大速率使环件平均温度升高,促进了再结晶晶粒的形核长大,使环件平均总再结晶分数增大;另一方面,提高直径增大速率缩短了轧制时间,不利于再结晶晶粒的长大,使再结晶分数减小,因而在直径增大速率超过4mm/s后环件平均总再结晶分数随之减小。     

等径角挤扭变形过程中纯铝粉末材料的显微组织与力学性能

采用EBSD和TEM研究了200℃下,纯铝粉末材料经不同道次ECAPT变形后的微观组织,并进行了显微硬度和相对密度测试。结果表明,1道次ECAPT变形后,材料显著细化但变形不均匀,晶粒基本沿剪切方向呈条带状分布,平均晶粒尺寸约为5.20μm,但多为小角度晶界结构。随着变形道次的增加,亚晶在不断被细化的同时晶粒间的取向差不断增大,形状更加趋于等轴,该过程可认为发生了连续动态再结晶。4道次变形后,材料内部形成了均匀、细小且呈大角度晶界分布的等轴再结晶组织,最小晶粒尺寸可达0.5μm。ECAPT变形过程中,晶粒细化机制为机械剪切、应变累积和动态再结晶三者的综合作用,粉末材料力学性能的提高与组织致密、细晶强化和位错强化等因素有关。     

CA-FEM模拟β21S合金多道次热变形过程中的组织演变

本研究基于一种改进的元胞自动机(CA)与非线性有限元(FEM),建立了多道次热变形过程CA-FEM模型,模拟了β21s合金多道次非等温热压缩过程中的组织演变过程.通过有限元分析获得温度场、应变场、应变速率场等局部参数,作为元胞自动机模型的输入,模拟得到坯料心部与端部在多道次热变形过程中的组织演变特征.模拟过程中综合考虑热变形、静态再结晶、亚动态再结晶和动态再结晶等物理冶金现象.结果表明,坯料的局部热变形参数对组织演变影响较大,坯料心部再结晶程度大于坯料端部,心部组织细化效果优于端部.变形过程中的动态再结晶起主要的晶粒细化作用.     

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。     

一种变应变速率组合的TiAl合金细晶方法探讨

提出了一种先低后高的变应变速率组合等温压缩细晶方法,通过两次连续变形,得到70%以上变形量而不产生裂纹,获得了良好的细晶效果。流变应力曲线出现明显的动态软化现象,其机制为动态再结晶;在采用低应变速率进行第一次变形后,由于动态再结晶的发生,使第二次高应变速率变形时,应力降低并且可以获得较大变形量,晶粒细化充分;在两次变形之间增加保温处理,可以使细小动态再结晶晶粒得到静态球化,使细晶程度提高。     

喷射成形GH742y合金晶粒长大规律的研究

研究了不同固溶温度热处理对氮气雾化喷射成形GH742y合金相组成和晶粒尺寸的影响,并重点分析了第二相对晶粒长大的抑制作用.结果表明:氮气雾化喷射成形GH742y合金具有良好的高温抗晶粒长大特性,极限晶粒尺寸约为40μm;γ′相固溶温度约为1127℃;高于γ′相固溶温度热处理时,弥散分布MC型碳氮化合物阻碍晶粒长大;Gladman方程可以估计氮气雾化沉积坯的极限晶粒尺寸.     

Aermet100钢制坯工艺对微观组织和力学性能的影响

针对Aermet100钢研究了大规格棒材锻造工艺对微观组织和力学性能的影响.研究结果表明:细化锻造过程的晶粒度有利于获得较高的断裂韧度.细化晶粒度的途径主要有锻造加工温度控制在再结晶区间和增大总变形比.Aermet 100钢锻造温度区间应控制在950～1100℃之间进行,终锻温度控制在950～1000℃;总变形比之和应大于20.     

Al-Zn-Mg-Cu合金铣削表面变形层的微观组织和织构

利用透射电镜(TEM)技术以及配套的旋进电子衍射(PED)技术对铣削Al-Zn-Mg-Cu合金表面变形层的微观组织和织构进行研究。结果表明:表面变形层是由最表层的等轴纳米晶/超细晶层和亚表层的层状纳米晶/超细晶层组成,晶粒周围分布大量的粗大晶界析出相(GBPs);最表层再结晶的纳米晶/超细晶的存在说明除了位错运动,动态再结晶也在晶粒细化过程中发挥作用;与原始粗晶相比,加工表面变形层内GBPs和晶内析出相(GIPs)尺寸和密度明显的不同是由于热机械作用诱发析出相重新分布;表面变形层的织构类型为由近铜型织构{112}111、旋转立方织构{001}110和F型织构{111}112组成的混合型织构,铣削加工过程引入的表面剧烈剪切变形是上述织构形成的主要原因。     

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。     

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。     

Al-Li-Cu-Mg-Zr合金的超塑性研究

Al-1.91Li-1.25Cu-0.46Mg-0.21Zr合金超塑性变形结果表明,最佳的时效工艺是400℃8h;冷轧工艺得到了比温轧(550％)更高的超塑性延伸率(630％);最佳超塑性变形工艺是T=500℃,(?)_i=3.33×10~(-3)s~(-1)(起始拉伸速度)。研究指出,Al-1.91Li-1.25Cu-0.46Mg-0.21Zr合金的超塑性预处理的时效工艺和轧制工艺影响了合金超塑变形初期的应变诱发再结晶,从而影响超塑性性能。超塑变形中的动态回变和动态再结晶是晶界滑动的重要协调机制之一。     

一种改进的压气机叶片辊轧成型前滑计算模型

航空发动机压气机叶片在辊轧过程中,由于辊轧出口处构件速度大于轧辊速度,存在前滑现象,从而影响叶片辊轧成形精度。针对此问题,为实现叶片无余量辊轧成型,在分析对称辊轧前滑计算模型的基础上,提出并研究了叶片辊轧前滑,建立了叶片辊轧前滑计算模型。为验证前滑计算模型精度,设计了薄板件、V形板件和叶片这3类典型构件CAD模型,基于DEFORM-3D对其辊轧成型过程进行数值计算分析。结果表明,该模型能够精确表达截面不规则类构件辊轧前滑量,为截面变化类构件辊轧前滑研究奠定基础。     

TC4钛合金锥形环热辗轧应变及温度场对轧辊尺寸的响应规律

 提出采用等效半径来描述锥形轧辊(驱动辊和芯辊)及锥形环坯的呈线性变化的径向尺寸,进而建立了确定锥形环件辗轧关键工艺参数合理范围的方法。基于ABAQUS软件平台,研究建立了TC4钛合金锥形环热辗轧三维热力耦合有限元模型,进而模拟阐明了TC4钛合金锥形环热辗轧过程应变及温度场对轧辊尺寸(等效半径)的响应规律与机理。主要结果表明:随着驱动辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显增大,环件温度分布越均匀;随着芯辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显减小,温度分布越不均匀;驱动辊和芯辊各存在一个最佳的等效半径,使得环件应变分布最均匀。     

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。     

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。     

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.     

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.     

Role of the inter-pass cooling rate in recrystallization behaviors of Ni-based superalloy during interrupted hot compression

The microstructural evolution of a Ni-based superalloy under interrupted hot compressive deformation with different cooling rates in the inter-pass stage is investigated. It is found that metadynamic recrystallization(MDRX) in the inter-pass stage is more sensitive to the accumulated strain than the deformation temperature which is above the recrystallization temperature. The variations of both the grain distribution and the texture intensity caused by MDRX during the interpass stage result in variations of the yield stress(YS) and the work hardening(WH) rate in each stage. Results also show that the MDRX process in the inter-pass stage has a considerable influence on the final microstructure of three-pass compression. The final grain distribution is more uniform,and the compression texture gradually transforms into recrystallization texture with an increasing degree of MDRX. In order to predict the MDRX fraction in the inter-pass cooling stage, a modified kinetic equation is established, which can reasonably predict the MDRX behavior under multi-pass compression with different conditions in the inter-pass stage. Meanwhile, the influence of the interpass cooling stage on the mechanism of dynamic recrystallization(DRX) is studied. It is universally acknowledged that the discontinuous dynamic recrystallization(DDRX) process is the major deformation mechanism for the Ni-based superalloy. However, the continuous dynamic recrystallization(CDRX) process is promoted in the compression stage with a decrease of the cooling rate in each inter-pass stage.     

热轧带钢奥氏体再结晶分数的预测

以物理冶金学理论为基础并参照实验室的实验结果，建立起适合不同热轧工艺条件下发生的奥氏体再结晶现象的计算机模型。采用后插法来测定静态再结晶分数。通过对实测结果与预测结果的对比分析可知：作者所建奥氏体再结晶模型和实验结果比较吻合。