三点弯曲对镁合金AZ31降解速率影响的研究

本文主要研究三点弯曲作用力对镁合金AZ31接骨板降解性能的影响,有限元模拟设置两种不同孔形镁合金接骨板:相同直径圆孔(模型A)和不同直径圆孔(模型B),基于连续损伤理论实现其降解过程的仿真;体外降解实验中设置与有限元模拟相对应的试件A和试件B,在重要时间节点记录镁合金接骨板所产生的氢气和质量损失.通过有限元仿真与体外降解实验的结果对比可以得出:随着三点弯曲力的增加,镁合金接骨板氢气量和质损率随之增加;模型B是中间整体部分产生断裂,这种孔形使应力得到了有效分配,承受载荷比较均匀,腐蚀较为缓慢,孔形设置比较合理.     

旁路电流对镁合金非熔化极气体保护焊接熔池及其残余应力的影响

利用ANSYS软件对厚度为2 mm的AZ31B镁合金薄板的非熔化极气体保护焊(DEGMAW)焊接过程进行有限元分析,利用间接耦合法计算焊件的温度场,分析AZ31B镁合金板焊件残余应力的分布规律,并研究了DE-GMAW旁路电流对焊件熔池尺寸和残余应力的影响规律.结果表明,在焊接总电流和其他焊接参数一定的条件下,随着旁路电流增大,母材的热输入减小,熔深值下降,熔宽值略有降低,焊缝受到的残余拉应力逐渐减小.     

AZ31镁合金及其焊接接头疲劳性能的研究

研究了AZ31镁合金母材、TIG非承载焊接接头试件在脉动循环载荷作用下的疲劳性能,并与铝合金的疲劳性能进行了比较.     

AZ31B在腐蚀环境下的棘轮与低周疲劳性能研究

开发了适用于镁合金圆棒试样的在线腐蚀疲劳系统,通过在空气和磷酸盐缓冲液(PBS)中分别进行循环疲劳试验,研究了腐蚀环境对AZ31B棘轮和低周疲劳性能的影响.结果表明:在棘轮应变演化的3个阶段中,腐蚀环境下试样在瞬态阶段和稳态阶段的棘轮应变率与空气中的相似;镁合金的腐蚀速率和棘轮应变随应力幅值和平均应力的增大而增大,孪晶、退孪晶的出现使得试样对腐蚀环境的敏感性进一步增加;在腐蚀环境中,镁合金的疲劳寿命大幅缩减,与空气中的试验相比,寿命缩减率达到50%,~90%,;为了能够反映平均应力、应力幅值、腐蚀环境以及最大压应力对AZ31B的低周疲劳寿命的复杂影响,采用FP参数模型对AZ31B进行了寿命预测.基于修正的FP参数模型,较好地预测了AZ31B在腐蚀环境下的低周疲劳寿命.     

铝合金板式节点初始刚度

铝合金板式节点变形分为节点板中心区域变形、节点板与杆件错动以及杆件自身变形三部分.对铝合金板式节点的受弯机理进行分析,得到节点初始弯曲刚度公式.在试验基础上,分析试件的抗弯性能,得到弯矩-转角曲线.采用ABAQUES软件对节点进行数值模拟,数值结果与试验结果吻合较好.通过参数分析得知节点板厚度、杆件截面高度、螺栓数量及节点板半径对节点初始弯曲刚度的影响.最后将理论结果分别与数值结果和试验结果进行比较,验证了公式的合理性.     

凹模温度对AZ31B镁合金板材冲压成形性能的影响

采用Nakazima半球凸模胀形法获取不同凹模温度下AZ31B镁合金板材的成形极限曲线(FLC),研究了温冲压过程中凹模温度对镁合金板材成形性能的影响.运用有限元法对等双拉试样进行热-力耦合模拟,得到不同凹模温度下的温度场,分析AZ31B镁合金板材与凹模在热传递过程中的热-力耦合关系.另外,通过试制汽车行李箱铰链支架盖板零件,验证了实际工况下凹模温度对AZ31B镁合金板材成形极限的影响.结果表明:凹模温度的降低,会显著改变AZ31B镁合金薄板成形时的温度梯度分布,造成材料成形极限的下降以及破裂位置的改变;不同凹模温度下所得FLC的模拟值与其实验值相符.     

镁合金板材温热成形性能

通过热模拟单拉试验,获得了AZ31镁合金板材在不同工艺条件下的真实应力应变曲线,分析了温度和应变速率对流变应力的影响.通过极限拉伸比试验,研究了轧制、退火、拉伸温度、拉伸速度、拉延间隙以及压边力等工艺因素对镁合金板材成形性能的影响.结果表明:交叉轧制和退火工艺能够显著提高镁合金板材的力学性能;在极限拉伸温度150℃、极限拉伸速度15 mm/s的工艺条件下,极限拉伸比能够达到3.0;AZ31镁合金板材适宜的拉延间隙为板厚的1.2倍.     

镁合金氩弧焊接头深冷处理及其力学性能

用交流钨极氩弧焊(TIG)对7mm厚AZ31镁合金板材进行了焊接试验;对焊接接头进行了深冷处理试验,深冷处理温度为-160℃,保温时间分别为4、8和12h;对深冷处理前后的AZ31镁合金焊接接头进行了拉伸试验,测试了AZ31镁合金TIG焊接接头的强度;用扫描电镜SEM观测了拉伸试件断口形貌;测试了AZ31镁合金TIG焊接接头的硬度分布。试验结果表明,在深冷处理温度为-160℃、保温时间为8h的情况下,深冷处理后镁合金焊接接头的各项力学性能均达到了最佳状态。     

镁合金焊丝成分对镁钢异种金属CMT焊接性的影响

采用CMT冷金属过渡焊对异种金属AZ31B镁合金板和HDG60镀锌钢板进行焊接,试验中采用AZ92、AZ61、MnE21镁合金焊丝.结果表明:在合适的工艺参数下,3种焊丝都能形成较好的焊缝,但AZ92、AZ61焊丝的焊接窗口比较宽,而MnE21焊丝的焊接窗口极窄,并且焊缝处有明显的裂纹.接头的界面组织分析表明,焊接接头被分成焊缝区、中间结合区、熔合区.通过X射线衍射分析得出,当采用AZ92、AZ61镁合金焊丝时,焊接结合面主要有Mg的固溶体,还有MgFeAlO4、Mg2Zn11、Al12Mg17等化合物;采用MnE21镁合金焊丝时,焊接结合面主要有Mg固溶体,还有Mg32Al49、Al12Mg17化合物.在拉伸试验中,采用相同规格的拉伸试样,使用AZ61焊丝的接头拉剪力可达镁母材的87.5%.而采用其他2种焊丝时拉剪力较小.由此可见,AZ61焊丝更适合焊接镁钢异种金属.     

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度，基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中，采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件，而后开展了3组不同法兰板厚度（2.2，3.0，3.8 mm）连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果，验证了计算方法的正确性，误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素，结果表明：拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大，随螺栓所在的半径变大而减小；改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著，当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时，拉伸刚度提升59.54%。     

AZ31B镁合金I型材室温弯曲成型研究

由于镁合金AZ31B材料在拉伸与压缩时的力学性能差异,使AZ31B型材在室温下成型规律很难掌握.文章以AZ31B镁合金I型材为研究对象,通过对I型材弯曲过程的数值分析,研究了I型材成型过程与加强筋的高度与厚度的关系,同时对成型过程中的受力、回弹现象及翘曲做了深入的分析,得出了对工程有实用性的结论,可以指导工程实际.     

非线性组合硬化条件下镁合金板料变形回弹预测

变形回弹作为金属板料成形的主要缺陷之一,如何提高变应变路径条件下的回弹预测精度一直是研究者们面临的难题.本文针对镁合金变形特点,提出了同时考虑同向硬化、动态硬化和屈服圆畸变的本构模型.以0.8mm厚AZ31B镁合金板料为研究对象,施加不同预拉伸后进行弯曲变形试验,观察了不同预变形对回弹规律的影响.同时结合有限元分析ABAQUS-Explicit(Vumat)和ABAQUS-Implicit(Umat)对板料的变形及回弹过程进行模拟仿真,对比试验与模拟结果,验证动态硬化对于镁合金板料变形回弹的重要影响.     

镁合金板材温热冲压成形热力耦合数值模拟

采用Gleeble3500热模拟试验机进行单向拉伸试验,获取了材料的力学性能参数,分析了AZ31镁合金板材的力学性能特点.采用热力耦合技术对镁合金板材温热冲压过程中的温度场进行了数值模拟,研究了冲压过程中温度场的分布规律,并对差温拉延工艺进行了分析.结果表明:差温拉延工艺可以提高镁合金板材的温热成形性能;采用热力耦合技术的数值模拟更能反映AZ31镁合金板材的温度敏感特性.     

Kinetics of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy during homogenization

The kinetics of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy with different thicknesses during homogenization was analyzed. It is shown that fine grains are first formed at the boundaries of deformed bands in the twin-roll casting slab. The recrystallized grains with no strain are gradually substituted for the deformed microstructure of twin-roll casting AZ31 magnesium alloy. The incubation temperature and time for the recrystallization of a twin-roll casting AZ31 magnesium alloy strip with a thickness of 3 mm are lower and shorter than those of the 6-mm thick strip, respectively. The 3-mm thick twin-roll casting magnesium alloy has finer grains than the 6-mm thick strip. The activation energies of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy slabs with the thickness of 3 and 6 mm are 88 and 69 kJ/mol, respectively. The kinetics curves of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy were obtained.     

压入尺寸效应对AZ31镁合金应变率敏感性的影响

通过纳米压入测试方法研究了镁合金在不同应变率下的力学表现,对于AZ31镁合金在不同工况下的应用有着重要意义.压入测试结果表明:随着应变率的增加,压入硬度值逐渐增加,而接触刚度与弹性模量几乎保持恒定;同时,随着压入深度的增加硬度表现出明显的尺寸依赖性.然后,基于Nix-Gao理论获得了AZ31镁合金的尺度无关硬度,并对其应变率敏感指数进行了深入探究.结果表明:压入尺寸效应对材料的率敏感指数影响显著,并获得了剔除尺度影响的率敏感指数.     

镁合金靶板抗弹性能数值模拟

 质量是影响兵器装备实现战场快速反应能力的主要因素之一,因此现代高技术战争对兵器装备的质量指标提出了极为苛刻的要求。发达国家均投入巨资研究轻质结构材料以及与之配套的先进制造技术,以期减轻兵器装备质量,提高兵器装备的机动性,增加携弹量和野战辅助系统用量,提高士兵战场生存和作战能力。镁合金由于自身优点,成为兵器轻量化的理想材料。本文采用数值模拟方法,对AZ31B镁合金靶板的抗弹性能进行数值模拟研究,建立了3种不同类型侵彻体侵彻靶板模型,并给出了镁合金靶板被侵彻贯穿的一般过程。在铝合金和钢靶板面密度相同情况下,比较分析镁合金靶板的抗弹性能。结果表明,镁合金的抗弹性能较好,同时其抗弹性能与射弹参数、靶板厚度密切相关。     

镁合金在大气环境中的电偶腐蚀

研究了AZ91D,AM50,AM60三种镁合金分别与Q235碳钢、316L不锈钢、H62黄铜、LY12铝合金4种材料组成电偶对在青岛和武汉大气暴晒实验场进行周期分别为3,6,15,20,27个月的大气腐蚀行为及规律. 结果表明,镁合金作为电偶对的阳极其腐蚀速率在与实验所用材料偶接后显著提升. 其中,与Q235碳钢、316L不锈钢偶接后大气电偶腐蚀效应最大,而与LY12铝合金偶接后大气电偶腐蚀效应最小. 青岛站镁合金试样的大气电偶腐蚀效应要明显高于武汉站的试样. 不同镁合金的大气电偶腐蚀效应γ之间存在的基本关系为AZ91D最大,AM50最小.     

Effects of the types of overlap on the mechanical properties of FSSW welded AZ series magnesium alloy joints

The effects of the types of overlap on the mechanical properties of the friction stir spot welding (FSSW) welded AZ series magnesium alloy joints were investigated by microstructural observations, microhardness tests, and tensile tests. The results show that the microstructure of the stir zone adjacent to the periphery of the rotating pin is mainly composed of the upper sheet. The average distance D between the longitudinal segment of the curved interface and the keyhole periphery, the tensile shear force, and the microhardness of the stir zone of the FSSW welded AZ61 alloy joint are the highest in all samples. During FSSW of AZ31 and AZ61 dissimilar magnesium alloys, the irregular deformation of the longitudinal segment of the curved interface appears, while the microhardness of the stir zone is higher when AZ61 alloy is the upper sheet. Moreover, the microhardness of the stir zone increases initially and then decreases sharply in the longitudinal test position.     

Study on vertical mandibular distraction osteogenesis using magnesium alloy on canine

The bone formation feasibility by a novel magnesium alloy device was evaluated using a canine vertical mandibular distraction osteogenesis(DO) model. Osteotomies were performed in the area where last 3 star’s teeth of left mandibular were pulled out before 3 months. Both AZ31 magnesium alloy(n ? 6) and 316 L stainless steel(n ? 6) distraction devices were implanted. The distraction osteogenesis was carried out with a latency of 5 days after mandibular osteotomy. Distraction proceeded at a rate of 0.3 mm/8 h for 7 days and followed by 4 weeks of consolidations. The evaluations were conducted by scanning electron microscopy(SEM) and histological examinations. There were osteoblasts and trabecular bones formations manifestly in both groups. There was no significant difference in the bone mineral density between the two groups. The surface of the magnesium alloy was much more cracked and uneven, resulting from the surface pitting corrosion. The crew nails were closely combined with the surrounding bone tissue. AZ31 magnesium alloy exhibited a certain degradation rate in mandibular and did not post a negative effect on the kidney and liver. The observations in magnesium alloys group is consistent with the stainless steel group.     

焊接热输入对镁合金与镀铜钢冷金属过渡焊接接头性能和缺陷影响

利用冷金属过渡焊(CMT)对镁合金和镀铜钢异种金属进行焊接,填充材料选择AZ31镁合金焊丝,对焊接接头的显微组织进行检测,分析焊接接头的性能和缺陷。实验结果表明:Cu元素对镁合金在钢表面的润湿铺展起到良好的促进作用,焊接热输入影响Cu元素对镁/钢表面的润湿铺展效果。焊接接头产生富铜区,易产生裂纹,降低了焊接接头强度。经过拉伸测试,在焊接热输入为212. 2 J/mm时,焊接接头强度达到最大值3. 99 k N,但在焊接热输入达到254. 6 J/mm时,焊接强度反而降低,这是由于钎焊区生成了大量的中间层脆性化合物。焊接接头组织中检测到气孔、夹渣和裂纹等焊接缺陷的存在,这与母材表面的氧化膜和焊缝内应力有关。