感应回火对冷成形高强度钢方管力学特性的影响

针对直接冷弯成形工艺制备的高强度钢方管出现弯角力学性能下降、冷作硬化效应明显和残余应力集中等问题,提出了在线局部感应回火工艺.该工艺有效解决了冷成形高强度钢方管角部缺陷问题,并发现不同感应回火温度对弯角力学性能有较大的影响.结果表明:当回火温度在650℃时,方管弯角处强度和延伸率与原材料性能接近,在酸洗压扁实验中的压下量超过方管对角线1/2仍没有裂纹出现,残余应力大小和分布也得到一定程度的改善;当回火温度为700℃时,高强度钢方管弯角强度开始降低,热影响区变大,残余应力分布异常.     

热成形温度对高强钢方管组织及性能的影响

为了克服传统辊弯工艺和设备对室温下高强钢的影响,提出弯角局部感应加热辊压成形工艺制备高强钢方管,并通过单向拉伸试验、断口形貌观察、微观组织扫描电镜观察和X射线衍射分析研究热辊压成形温度对高强钢方管弯角处组织及力学性能的影响。结果表明,随着温度的升高,弯角力学性能得到明显的改善,断口形貌由室温下解理断裂逐渐过渡为韧性断裂,弯角处微观组织由板条状贝氏体向粒状贝氏体发展且多边形铁素体晶粒开始长大,方管外表面周向和纵向残余应力都明显降低且分布更加合理。综合实验分析,高强钢方管热辊压成形工艺的最佳温度为650益。     

高强度钢方管局部感应加热数值模拟及实验研究

为了解决高强度钢方管难变形、易开裂等成形难题，在传统冷成形工艺基础上，引入局部感应加热技术.基于矢量磁位法和物理环境法，利用ANSYS参数化设计语言建立局部感应加热电磁-温度场耦合模型.在不同加热工艺参数下进行数值模拟，并采用优化后参数进行实验研究.模拟结果表明，导磁体通过增大磁场强度，可以明显提升感应加热效率.加热频率越高，外圆角区域加热速度越快，但与内圆角区域之间的温差也越大.加热功率越高，高温区域和温度峰值越大，但外圆角区域更容易过热.实验结果表明，采用优化后的加热工艺参数，可以获得圆角半径极小、角部厚度增加且没有裂纹缺陷的高强度钢尖角方管.加热温度模拟值与实测值的误差均值约为7.57%,说明有限元模型具备良好预测精度.     

金属熔积直接成形翘曲变形的有限元分析

为了研究不同热边界条件对熔积直接成形金属零件翘曲变形的影响,运用有限元法建立了三维模型,通过变换冷却和加热条件来分析直壁件熔积成形过程在不同热边界条件成形过程中温度、应力变化和最终翘曲变形.模拟结果表明：熔积过程中运用随焊冷却技术,能使熔积层温度迅速降到接近环境温度,并在随后的时间内保持很低的温度梯度,从而减小了冷却阶段的应力水平,使得翘曲变形量降低;而熔积成形前对基板预热处理会增加热积累和温度梯度,导致残余应力及翘曲变形量的增加.     

热模拟法研究消除应力裂纹

采用模拟焊接热影响区粗晶区应力释放的试验方法,研究ＣＦ－６２钢在焊后热处理过程中的消除应力裂纹敏感性及其形成机理,结果表明：ＣＦ－６２钢焊接热影响区粗晶区具有消除应力裂纹敏感性,并随焊后热处理加热温度的升高而增大,消除应力裂纹敏感性取决于焊后热处理过程中材料所承受的塑性变形量和其进行塑性变形,蠕变变形的能力,粗大晶粒和高残余拉伸应力的存在是产生消除应力裂纹的必要条件。     

钛合金激光熔丝增材制造的温度场与应力场模拟

激光熔丝增材成形过程中复杂热循环和残余应力分布会使沉积层产生较大的变形甚至开裂.利用ABAQUS软件建立其完全热力耦合有限元模型,采用移动热源子程序模拟激光加载,生死单元技术模拟材料的添加.综合考虑了材料的熔化潜热、对流/辐射换热边界条件、随温度变化的材料非线性等问题,研究Ti-6Al-4V 钛合金单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性和残余应力分布.结果表明:沉积成形经历了快速加热、快速冷却的过程,随着层数的增加,热累积效应增强;沉积层整体呈拉应力状态,易产生裂纹等缺陷.     

热处理对超厚板焊接残余应力影响的数值分析

基于ABAQUS软件的热弹塑性有限元程序,对390 mm超厚度20MnMoNb钢板拼焊制造EO反应器管板的焊接过程进行焊接残余应力与变形有限元模拟,考察焊后500℃热处理对板内残余应力与变形的影响。结果表明:超厚板焊态在焊缝及热影响区存在高度不均匀的残余应力,由于为了限制管板的变形,在板面上施压有配重,导致先焊面的残余应力较大,特别是在靠近表面的焊缝及热影响区附近存在残余拉应力峰值;后焊面的残余应力相对较小一些;焊缝内部为残余压应力;焊后管板发生了一端翘起的角变形;500℃热处理可明显降低厚板的焊接残余应力,且使应力分布趋于均匀,但热处理后焊接变形有所增大。     

基于各向异性热导率设置的选区激光熔化成形过程仿真分析

针对选区激光熔化(SLM)工艺下零件中高残余应力问题,同时考虑到打印过程中熔池对流效应,本文通过设置各向异性热导率材料参数,利用有限元方法对Inconel 718合金粉末SLM成形过程中的温度场和应力场进行模拟,分析了基板预热温度对成形件残余应力的影响。结果表明,选择合适的各向异性热导率增强系数可显著提升温度场的仿真精度,并且越靠近热源中心区域,温度梯度越大;在应力方面,高应力区域集中分布于成形件上表面,最大残余应力位于成形件与基板的交界处,此处易发生开裂变形;采用基板预热方式能改善成形件中残余应力分布,随着预热温度提升,最大残余应力降低,成形件上表面高应力分布区域减小。     

方管闭式辊弯成型过程的变形及流场

采用三维弹塑性大变形有限元法模拟了方管四辊辊弯成形过程，给出了变形场、流场和瞬态应变场等场变量分布，研究了不同孔型对方管壁厚变化及金属流动的影响，对角部缺陷和内孔缺陷进行了计算机模拟分析，为建立闭式辊弯成形理论奠定了基础．     

冷弯方管纵向残余应力分布的数值分析

应用有限元数值技术,模拟了冷弯方管的辊弯成型与回弹过程中所产生的截面纵向残余应力分布,并分析了冷弯方管宽度、壁厚和钢材屈服强度等参数对其纵向残余应力分布的影响效应.研究表明冷弯方管纵向残余应力沿壁厚方向呈现非线性分布,外壁受拉、内壁受压,外壁与内壁在数值上基本相等;弯角部位和平板部分的纵向残余应力幅值分别达到冷弯方管钢材屈服强度的50%和45%;随着壁厚的增加,边长小的冷弯方管纵向残余应力有所提高,而边长大的冷弯方管这种趋势并不明显;随着边长的增大,冷弯方管纵向残余应力减小;随着冷弯方管屈服强度的变化,纵向残余应力与屈服强度的比值变化不大.     

电阻直接加热锻造成形工艺方法及试验

针对传统锻造工艺流程长,能源消耗大的缺点,提出了一种采用电阻直接加热技术的新型热锻成形系统。采用该系统对42CrMo4棒料进行了热镦粗实验,研究了预接触压力、工件表面质量、电流对工件加热及成形过程的影响,为电阻直接加热模锻成形提供了指导。试验结果表明：1)采用该方法可以在短时间内将工件在模具中加热到成形温度;2)小的初始接触压力有助于提高工件的加热温度;3)在初始接触压力不变情况下,工件的加热温度与电流强度的平方成正比;4)模具与工件接触面质量对加热温度有重要的影响;5)在成形过程中采用恒定电流强度的电阻加热有效地降低了工件的冷却速度,使成形时间延长30%。     

方矩形管第一道次辊弯成形过程的变形和应力场

应用三维大变形弹塑性有限元法,对方矩形管第一道镒辊弯成形过程中金属流动规律以及 应力分布进行了模拟分析。文中考虑了轧件的弹复,保证了下一道次为形历史的延续,从而为真实模拟方矩形宫续辊弯成形过程奠定基础。本文的结果对辊弯成形中的产品质量的控制和孔型的优化有着重要意义。     

楔横轧成形小断面收缩率轴类件热力耦合数值模拟

借助DEFORM-3D有限元软件针对小断面收缩率轴类件的楔横轧成形过程进行热力耦合数值模拟,分析轧件在成形过程中的温度变化规律;通过与常规断面收缩率轧件进行对比,得到小断面收缩率轧件的各向应力分布状态.模拟结果表明:小断面收缩率轧件与轧辊接触表面的温度变化较为剧烈,而轧件内部中心位置附近温度无显著变化;由于轧制位置的不同,轧件各横截面间的温度变化有所差异,曲线的波动存在着相位差.此外,小断面收缩率轧件在接触变形区周围的横向和径向压应力较大而轴向压应力较小,导致其横截面容易出现椭圆化;其中心附近区域由于受到比常规断面收缩率轧件更大横向和轴向拉应力影响,因而更易产生疏松、裂缝等缺陷.进行轧制试验,验证了模拟结果的可靠性.     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

异型管双道次辊挤成型过程的研究

利用大型非线性有限元分析软件对异型管双道次无芯棒辊挤成型过程进行了数值模拟,得到了成型过程中应力与变形的分布和变化情况以及变形后的异型管的断面形状,并通过实验验证了有限元分析的正确性.研究的结果可用于类似生产工艺的分析与设备设计.     

方管双辊交互式成形模式的仿真与分析

方管的双辊交互式成形模式(Roll-Box)是一种新的圆成方成形模式.将共旋构架下材料客观性本构模型引入大变形弹塑性动力显式有限元算法,选用解析法描述轧辊,并推导出与其对应的接触算法,建立了双辊交互式成形方式有限元仿真模型,对圆成方再成形过程进行仿真.通过分析壁厚变化、周向收缩(拉伸)和应力等变形情况,为双辊交互式成形模式的实现提供了试验和理论基础.     

FEM simulation and experimental verification of roll forming and springback process under complex contact conditions

The application of advanced high strength steel(AHSS) has an important significance in the development of the lightweight of automobile,but the parts made of AHSS usually have defects,such as fracture and large amount of springback,etc.In this paper,a model of multi-pass roll forming and springback process of AHSS is established with finite element software ABAQUS.Then a roll forming experiment is performed,and simulation and experimental results have been compared and analyzed.The model is established under complex contact conditions,including self-contact condition.The results shows that during the process of sheet bending,large Mises stresses appear at bending corners.The smaller the bending radius is,the larger the Mises stress and strain are.Thickness of sheet metal changes differendy if the bending radius is different.When the bending radius exceeds a certain limit,the change tendency of the sheet thickness turns from increase to decrease.     

Effect of cross wedge rolling on the microstructure of GH4169 alloy

The metal microstructure during the hot forming process has a significant effect on the mechanical properties of final products. To study the microstructural evolution of the cross wedge rolling (CWR) process, the microstructural model of GH4169 alloy was programmed into the user subroutine of DEFORM-3D by FORTRAN. Then, a coupled thermo-mechanical and microstructural simulation was performed under different conditions of CWR, such as area reduction, rolling temperature, and roll speed. Comparing experimental data with simulation results, the difference in average grain size is from 11.2% to 33.4% so it is verified that the microstructural model of GH4169 alloy is reliable and accurate. The fine grain of about 12-15 μm could be obtained by the CWR process, and the grain distribution is very homogeneous. For the symmetry plane, increasing the area reduction is helpful to refine the grain and the value should be around 61%. Moreover, when the rolling temperature changes from 1000 to 1100℃ and the roll speed from 6 to 10 r·min-1, the grain size of the rolled piece decreases first and then increases. The temperature may be better to choose the value around 1050℃ and the speed less than 10 r·min-1.