杯形件半固态模锻充型过程模拟及实验验证

半固态模锻生产过程中,合金坯料的充型过程对制件的成形及性能有较大影响。应用DEFORM软件,对6061合金杯形件半固态模锻进行数值模拟,研究了半固态合金坯料温度、压头预热温度、压头速度对充型过程及速度场的影响。结果表明:半固态合金坯料温度为620℃、压头预热温度为200℃,压头下压速度为40 mm/s时,半固态合金坯料的充型过程是沿着整个型腔充填,以"全壁厚"的形态向前推进,充型过程平稳;半固态合金坯料温度为620℃,压头速度为20 mm/s时,随着压头预热温度的提高,半固态合金坯料的充型过程有所平稳;随着半固态合金坯料温度的提高,充型过程变得不平稳;充型过程中的速度场对半固态合金成型件的组织均匀性有较大影响。     

AlSi7MgBe合金半固态坯料制备及其触变成形

采用近液相线半连续铸造技术制备AlSi7MgBe合金半固态坯料,研究制坯工艺以及二次加热温度和保温时间对半固态浆料微观组织的影响,通过组织与性能分析对AlSi7MgBe合金的半固态触变成形性进行了研究.研究结果表明,AlSi7MgBe合金采用近液相线半连续铸造,坯料具有均匀、细小的蔷薇状组织.当二次加热温度为595℃,保温15 min时,能够得到适合于进行半固态触变成形的球化组织.对近液相线半连续铸造AlSi7MgBe合金坯料进行半固态触变成形,可以获得轮廓清晰、组织致密的成形件,成形件的组织与性能得到改善,与液态模锻工艺相比,硬度提高20%.     

三层对称双金属复合板纵向变厚度轧制过程数值模拟研究

双金属变厚度复合板是以双金属层状复合板为原料,通过纵向变厚度轧制成形的一种新型结构材料。由于双金属复合板基体与覆层金属力学性能存在差异,异质组元金属在变形区内流动规律及界面变形不协调,复合界面容易发生撕裂分离和轧后翘曲等问题。本文利用有限元法模拟分析了不锈钢-碳钢复合板纵向变厚度轧制过程,重点分析轧制过程中变形区中性角、压下率分配、轧制力能参数及金属界面的力学行为,为CLP板轧制工艺规程设计奠定基础。     

金属材料触变充填及其压力变化特征的模拟

分析了触变合金充填过程的压力变化特征,建立了耦合表观粘度的计算数学模型.对触变铝合金和钢件充型过程及压力变化进行模拟.结果表明,触变合金充型过程具有持续增加的压力变化特征,增加压力主要克服浆料流动阻力与重力,增加幅度约为0.12MPa.在成形充填速度范围内,触变合金呈现稳定的层流充填特征.相比触变铝合金,钢温度高容易引起触变成形过程的降温,表观粘度增大而导致铸件缺陷.半固态刹车泵体两种入流形式的充填压力模拟分析与实际成形结果表明,径向入流方式具有较高的成形质量.     

Al-1%Si合金剧烈塑性变形中Si元素形态对合金组织与性能的影响

合金元素能够以固溶态或纳米颗粒析出形态影响铝合金变形过程中微观组织演化,但哪种形态对铝合金微观组织影响更显著仍有争议.以Al-1%Si合金为研究对象,通过在变形前改变硅原子析出态与固溶态的比例,利用多道次累积叠轧焊方法实现大变形,对比研究了在微观组织和力学性能达到饱和状态过程中纳米析出硅颗粒、晶粒尺寸和位错密度的演化,以比较固溶原子与析出颗粒对铝合金变形过程中组织及性能的影响.结果表明,初始样品中固溶原子越多,析出颗粒越少,变形后饱和位错密度更高,晶粒尺寸更小,对应屈服强度更高.Al-1%Si合金中弥散分布的固溶硅原子比同质量的纳米析出硅颗粒阻碍位错动态回复的总效果更好,与位错理论分析相符.材料内位错回复能力也会影响饱和晶粒尺寸,位错回复能力越强,饱和晶粒尺寸更大.     

铝合金机轮轮毂锻造流线仿真与实验研究

采用Deform 2D软件对铝合金机轮轮毂在不同工艺参数下的锻造流线进行仿真分析,并通过机轮轮毂缩比件锻压工艺实验研究对仿真结果进行验证.研究结果表明:适当增大坯料与模具之间的摩擦,可减小流线与锻件表面夹角,避免流线露头;与常规热模锻工艺相比,等温模锻工艺(模具温度和坯料温度均为450℃,压制速度为0.1 mm/s)在较高的温度和较低的变形速率下,可有效降低材料的变形抗力,增强材料在模腔中的流动性,成形的机轮轮毂流线分布合理,晶粒细小均匀,避免了热模锻过程中易产生裂纹、充填不满等缺陷.     

成形速度对7075半固态模锻组织均匀性的影响

在半固态模锻过程中,经常会出现液相偏析现象,使零件出现"弱点"或"弱区",这些"弱点"或"弱区"通常又是潜在的裂纹源和服役条件下失效的起因。为了分析研究半固态模锻液相偏析的影响因素,应用DEFORM-3D软件对7075铝合金半固态模锻充型过程进行了模拟,研究了成形速度对7075铝合金杯形件充型过程的影响规律。在模拟的基础上,利用压力机及杯形实验模具,进行了半固态7075铝合金流变模锻成形,研究了成形速度对7075铝合金杯形件半固态模锻组织均匀性的影响。模拟和实验结果表明:成形速度越高,充型越不平稳;在压头温度400℃、成形比压50 MPa、合金温度628℃的条件下,随着成形速度的增加,杯形件的液相偏析度增加,组织越不均匀,当成形速度为5mm/s时,杯形件的液相偏析度高达18.2%。     

基于半固态等温处理制备非枝晶镁合金的研究进展

在半固态成形技术中,主要关注的是针对半固态浆料或坯料在制备过程中的成形机理的研究。与其他方法相比半固态等温热处理法更具较好的发展前途,通过对金属坯料的等温热处理,合金由枝晶向球状组织转变,准备坯料提供给接下来半固态触变成形的工序;在半固态成形前的二次加热过程中,枝晶完成转化,因而在半固态金属浆料中获得具有细小化的球形或非枝晶组织是它的关键和基础。文章在非枝晶组织形成机理梳理的基础上,综合考察半固态等温热处理前合金原始组织、等温处理的温度、等温处理的时间、加热方式和加热速率这些重要的因素,对比分析对非枝晶组织镁合金组织的形成情况,用以寻找合适的参数来确定优化工艺。     

Hastelloy G3管材热挤压模具磨损有限元分析

基于修正的Archard磨损模型,利用DEFORM-2D有限元软件分析了镍基耐蚀合金(Hastelloy G3)管材热挤压成形时挤压工艺参数对模具磨损的影响规律. 结果表明,挤压模具的磨损主要集中在锥模出口处. 模具最大磨损深度随着挤压速度、坯料预热温度的升高而降低,随摩擦因数的增大而升高. 模具表面磨损深度随着模角的增大而升高. 最佳热挤压工艺参数是:挤压速度200mm·s-1,坯料预热温度1180℃,摩擦因数0.05,界面换热系数5N·mm-1·s-1·℃-1. 此时,模具最大磨损深度为0.0515mm,模具可重复使用20次.     

工艺参数对IN690合金管材热挤压出口温度的影响

结合等温压缩实验获得的IN690合金本构关系,建立了该合金管热挤压过程的有限元模型,该模型考虑了坯料与模具的热传导、对流换热及摩擦功与塑性功的热转换.模拟结果表明:坯料在变形区附近温度开始升高,进入变形区内急剧升高,且在模孔出口靠近芯棒处温度达到最高,芯棒附近的温度大于挤压筒附近的温度;填充挤压阶段结束时出现最大温升.分析得到了工艺参数对出口温度的影响规律:挤压速度越大,出口温度越高,速度过慢将会使出口温度下降严重;坯料预热温度越高,出口温升越小;当摩擦因数小于0.04时,摩擦因数对出口温度影响很小,但摩擦因数大于0.1时出口温度明显升高.     

Al2O3,Al3Zr颗粒增强Al-12%Si基原位复合材料的高温热膨胀性

以Al-12%Si和Zr(CO3)2作为反应组元,通过原位反应法制备出Al2O3,Al3Zr颗粒增强铝硅基复合材料,通过快速凝固成型得到铸态试样.用热膨胀仪测试了材料在50～500℃范围内的膨胀位移与温度的关系,进而得出平均线膨胀系数.结果表明:在同一温度条件下,随颗粒理论体积分数增加,复合材料的平均线膨胀系数减小.温度是影响平均线膨胀系数的重要因素.当试样温度在50～300℃时,随温度增加,平均线膨胀系数逐渐增加;当试样温度在300～500℃时,随温度增加,平均线膨胀系数逐渐减小;300℃时平均线膨胀系数最大.用Rom、Turner和Kerner模型计算了理论热膨胀系数.比较发现,实测值更接近Turner模型理论预测值.最后通过界面残余热应力分析指出具有高温低膨胀性的(Al2O3+Al3Zr)p/Al-12%Si颗粒增强铝基复合材料能有效防止材料高温时的塑性变形.     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

7050铝合金航空锻件热锻成形穿流缺陷分析

以7050铝合金航空锻件热锻成形为研究对象,利用数值模拟及实际生产试验研究了锻件成形的穿流缺陷问题,分析了穿流缺陷的形成机理及其影响因素.研究表明:穿流缺陷取决于多种因素,包括锻造方式、设备工作速度以及模具结构等;在锻件穿流区域,因为金属的剧烈变形以及局部温度升高,晶粒之间大量地聚集再结晶,晶粒调整取向、合并连接成大片状而形成粗晶;相比常规热模锻,在等温模锻工艺下,锻件筋部更容易填充,锻件流线分布更合理;常规热模锻工艺下,设备工作速度越大,锻件形成穿流缺陷的机率也越大;随着模具水平凸圆角半径的增大,成形结束时腹板处金属流向模具飞边的平均速度呈减小趋势.     

注射成形Ti-6Al-4V合金的显微组织和力学性能

采用金属注射成形方法制备Ti-6Al-4V合金坯体,然后利用溶剂脱脂和热脱脂工艺脱除坯中粘结剂,研究了合金在真空烧结和热等静压烧结条件下的显微组织和力学性能.结果表明:真空烧结Ti-6Al-4V合金具有典型的魏氏体组织,其初始的β晶粒粗大,β晶粒内为次生片状α和薄β相片,空隙较多,合金的强度和塑性较低;合金经热等静压处理后,组织明显细化且均匀,空隙很少或几乎没有,从而强度和塑性都有所提高.     

单β相镁锂合金Mg-11Li-3Al-0.4Y中温拉伸行为

采用熔铸、大变形轧制及退火等工艺制备厚度为1 mm的Mg-11Li-3Al-0.4Y合金板材,结合扫描电子显微镜、高温拉伸试验机等实验方法,研究合金在温度范围为50~200℃和应变速率范围为0.001~0.1 s-1的中温变形行为、再结晶行为和组织性能。在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上构建适用于单β相含稀土镁锂合金的塑性变形本构方程。研究结果表明:对于单β相Mg-11Li-3Al-0.4Y合金,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,且真应力-真应变曲线中的锯齿波符合动态应变时效中的Portevin-Le Chatelier效应,这是首次在单β相Mg-Li-Al合金中观察到Portevin-Le Chatelier效应。结合断口分析,发现热轧合金板材在中温拉伸过程中,随着温度的升高,合金拉伸断裂方式由较低温度时的准解理断裂转变为较高温度下的韧窝断裂。     

水平连铸铜铝复合板带界面Al–17at%Cu共晶合金热变形行为

铜铝双金属复合板材具有纯铜的高导电导热和纯铝的轻质廉价等特性,可代替铜合金制品应用于航空航天、交通运输和装饰建材等领域,解我国铜资源短缺、严重依赖进口之危,缓铝产能过剩、资源严重流失之困,近年来受到人们的广泛关注。在众多铜铝双金属复合板材的制备技术中,连铸复合直接成形技术实现了铜铝双金属复合板材铸造、复合和成形的一体化,生产流程短、效率高,板材界面结合强度高,具有较为广阔的发展前景。水平连铸制备的铜铝复合板带界面中共晶组织层厚度占界面总厚度的90%以上,其在后续轧制成形加工中的变形行为对成形后复合板带的质量影响显著。本文通过改变铸锭凝固时的冷却速率,制备铜铝复合板带界面共晶组织材料,研究其在热压缩过程中的变形行为。研究结果表明:当变形温度大于300°C时,共晶组织中α-Al的动态再结晶软化作用大于加工硬化作用,共晶组织发生均匀的塑性变形。并采用Arrhenius型双曲正弦模型建立了共晶组织流变应力本构方程,为铜铝复合板带的加工成形过程提供可靠的理论依据。     

Al-3%Si合金等径角挤压的变形行为

采用A路径对内部含有铜片的Al-3%Si合金在室温下进行5道次等径角挤压来考察其对材料宏观和微观组织影响.通过示踪法研究铜片位置的变化,通过SEM和OM观察脆性相Si的变化,并对材料进行XRD分析.结果表明:经5道次变形后铜片发生偏转至45°,铜片自身也发生了扭曲变形,证明剪切作用下,存在着扭转力;共晶Si的变化行为是在1道次挤压后共晶Si呈长条状分布在晶界;2道次挤压后长条状共晶Si被破碎成短杆状,部分偏离晶界;4道次挤压后短杆状共晶Si被破碎成块状,弥散分布在基体上;5道次挤压后块状共晶Si发生了偏聚,平均尺寸由10μm变为3μm,并在垂直剪切方向上存在明显移动;晶面取向(220)的衍射峰强度逐步降低,而(111)晶面的衍射峰强度则明显增加,主导取向由(220)变为(111),晶面取向(200)和(311)变化不明显.     

FGH96合金惯性摩擦焊过程飞边形成的规律研究

基于FGH96合金的材料本构模型以及摩擦因数随温度的变化关系,利用DEFORM软件建立了FGH96合金惯性摩擦焊的热力耦合分析模型,研究了焊接过程中飞边的形成与温度及材料流动之间的关系. 结果表明,在摩擦焊初期,由于温度与材料流动速度较低,飞边不易形成;当焊接过程达到稳态后,随着摩擦界面及其附近区域材料向摩擦界面两边界流动速度的增加,飞边形成并逐渐增大;飞边的尺寸大小以及弯曲程度随初始转速以及轴向压力的增加而增大,基于飞边形貌确定了FGH96合金惯性摩擦较合理的焊接工艺参数.      

铝合金半固态成形性

采用液相线铸造(在液相线温度铸造)和常规铸造的铝合金２６１８和７０７５,在２００ｋＮ材料试验机上采用具有不同模孔(直径１０,２０,３０ｍｍ)的一系列模具进行半固态模锻,以坯料充填高度作为衡量成形性能指标,考察不同变形温度(４９０～６００℃),不同锻压速度(ｖ＝０．１５～０．６ｍｍ／ｓ)和不同锻压力(ｐ＝５８～９７．２ｋＮ)对其半固态成形性的影响,结果表明,液相线铸造铝合金半固态成形性优于传统的固态成形,在液固相温度区间,随着温度的升高,成形性提高,并且在５８０～６００℃成形性均最好·     

工艺参数对高强度钢冷冲压界面温度影响分析

为探究先进高强度钢冷冲压成形过程中板料-模具界面温度场变化,以DP590钢板U形件冷弯曲过程为研究对象,采用热力耦合有限元静力算法建立弯曲过程的数值仿真模型,完成了板料-凹模圆角区界面温度场数值模拟,分析了相对圆角半径、压边力、拉伸速度和摩擦系数对界面温度峰值的影响.研究表明:随着模具相对圆角半径减小、拉伸速度增大、摩擦系数增大,板料-凹模圆角区界面温度峰值明显增加;压边力对瞬态阶段界面温度峰值没有明显影响,而稳态阶段界面温度峰值随压边力增加而增大,当压边力压实变形板料后其峰值逐渐趋于稳定.