控制微观组织和材料损伤的锻造工艺多目标优化

为了对大型锻件多步锻造过程中微观组织和裂纹进行控制,提出了一种基于数值模拟的多目标优化设计方法.该方法以始锻温度、锻模击打速度和工步压下量为优化设计变量,以锻件晶粒均匀细小和材料损伤为子目标并构造总目标函数,将正交试验设计引入优化解搜索过程,获得了最优锻造工艺参数.应用该方法对圆柱体两步镦粗工艺进行多目标优化设计,并与单目标优化进行了对比分析.结果表明:工步压下量对锻件微观组织和开裂率影响最大,其次为锻模击打速度,始锻温度影响最小;要想获得均匀细小的锻后晶粒组织并防止裂纹产生,宜选用较高的始锻温度和较大的初锻压下量;多目标优化对微观组织和材料损伤的优化效果较显著.     

重型燃机叶片锻造过程数值模拟与工艺优化

高温锻造过程中,坯料内的温度场、应变场等热力参数对锻件内的裂纹损伤和微观组织有重要影响. 利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的锻造过程进行了有限元数值模拟,得到了锻造过程中锻件内温度场、应变场以及锻造载荷随时间的变化规律,并在此基础上结合裂纹损伤和修复机制以及再结晶组织演化规律,提出了一种优化的锻造工艺方案. 即在终锻尺寸上公差基础上欠压4 mm进行预锻,预锻温度1 160 ℃,终锻温度1 120 ℃. 实际锻造工艺试验验证了工艺方案的可行性,为该工艺的工程应用奠定了科学基础.     

工艺参数对棒材粗轧过程晶粒尺寸影响模拟

利用商业有限元分析软件MSC．Marc,建立了轴承钢GCr15棒材六道次粗轧过程的三维有限元模型．借助MSC．Marc的二次开发功能,将轴承钢GCr15的微观组织演变模型与棒材粗轧过程的热力耦合有限元模型相结合,模拟了不同工艺参数下奥氏体晶粒尺寸的演变过程．模拟结果表明,粗轧过程中轧件中心奥氏体的晶粒尺寸随着轧制温度的升高而增大;轧制速度对晶粒尺寸的演交基本没有影响;初始晶粒尺寸和轧辊辊缝的大小对奥氏体晶粒尺寸的演变过程有一定影响,但对六道次粗轧后的晶粒尺寸影响不大．实际工艺参数下模拟得到的轧件内部晶粒尺寸与实测值吻合较好．     

均匀化退火和锻造对双相耐磨钢强韧性的影响

研究了一种低合金双相耐磨钢经均匀化退火和锻造处理后的微观组织和强韧性能.结果表明:经980℃均匀化退火4,8 h和1 150℃锻造处理后,实验钢显微组织主要为板条状马氏体、针状贝氏体及少量残余奥氏体,锻造处理后的晶粒度最小为7.0~7.5级,均匀化退火处理后的晶粒度最大为6.5~7.0级.均匀化退火的保温时间是影响双相耐磨钢力学性能的主要因素,实验钢保温4 h时的冲击韧性和延伸率值高于保温8 h的值.锻造比均匀化退火更适宜于提高低合金双相耐磨钢的强韧性,优化工艺为始锻温度1 150℃、终锻温度800℃、锻造比2.     

模拟层流冷却方式对厚板微观组织和性能的影响

为了研究层流冷却方式对中厚板组织和性能的影响,用耦合有限差分和微观组织演变模型模拟计算了中厚板层流冷却过程中的温度和组织变化,预测出了不同冷却方式下的铁素体晶粒尺寸和相组成.在此基础上,利用组织-性能关系模型对产品的屈服强度、抗拉强度进行了预报,并进行了实验验证.模拟结果和轧制实验表明,对于低碳中厚板,层流冷却方式对最终相组成的影响较小,而对产品的铁素体晶粒尺寸有较大的影响.两段冷却方式能获得较好的组织和力学性能.     

基于实验与3D-CAFé法的高硅钢铸锭凝固行为

通过空冷和水冷实验研究了高硅钢的铸态组织,发现高硅钢铸态组织主要由粗大的柱状晶构成,水冷铸锭中柱状晶比例高达90%以上.依据铸锭的化学成分和晶粒统计结果,确定了3D-CAFE法模拟所需的枝晶生长动力学系数及高斯分布等参数.采用CAFE法对不同冷却条件下高硅钢的凝固过程进行模拟研究,发现空冷铸锭较水冷铸锭的温度场更均匀,糊状区更宽阔;空冷铸锭呈"过渡式"凝固,水冷铸锭呈"分层式"凝固;空冷流场较水冷流场更稳定,凝固末期冒口处出现明显的抽吸现象,而水冷模拟结果中未观察到该现象.组织模拟结果发现,模拟得到的高硅钢凝固组织无论是形貌还是晶粒尺寸都与实验结果相一致;最后通过改变浇注温度模拟研究了过热度对高硅钢凝固组织的影响,结果表明,随着过热度的降低,铸锭中心等轴晶率提高,晶粒数量增加,晶粒尺寸变得细小.     

多向锻造道次对5182铝合金变形组织的影响

采用多向锻造实验的方法研究了末道次锻造温度为340℃的条件下锻造道次对5182铝合金宏微观组织的影响.研究结果表明:多向锻造过程中随锻造道次由3增至12,心部细晶区的面积不断扩大,锻造道次增至12次并未消除因累计变形量不同而导致的心部与边部的组织差异.锻造道次由3增至12的过程中,试样锤头附近的组织不断破碎变细,但未发生明显的再结晶.试样心部的变形组织在经3道次锻造后开始发生部分再结晶;经6道次锻造后试样心部发生完全再结晶,试样再经9,12道次锻造后心部均发生完全再结晶,且晶粒尺寸较锻6次试样略有增加.5182铝合金试样心部再结晶晶粒尺寸随锻造道次的累计增加会达到一个细化极限值.     

GH864合金组织特征对裂纹扩展速率的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电镜等手段,研究了GH864合金三种轧制态组织经热处理后的演变过程,分析了热处理后不同组织对室温冲击韧性及高温650℃裂纹扩展速率的影响.结果表明,GH864合金由初始轧制态组织经标准热处理后（1020℃,4h/空冷→845℃,4h/空冷→760℃,16h/空冷）获得的晶粒组织,其晶粒组织演变具有明显的一致性,而合金的晶界碳化物分布及基体γ＇强化相没有明显差别,其分布状态及尺寸大小基本一致.热处理后的晶粒尺寸越大,抗裂纹扩展能力越好,合金的室温冲击韧性越低;热处理后形成的项链状组织,对合金冲击韧性及裂纹扩展速率有较好的影响.     

Q550D超低碳贝氏体钢的微观组织模拟

摘要： 利用Q550D超低碳贝氏体钢的热压缩试验数据建立了动态再结晶模型及元胞自动机模型,通过有限元软件DEFORM 3D对试样热变形过程的微观组织演变过程进行了模拟.结果表明：在变形温度为1 150 °C条件下,当应变速率为0.05 s-1时,热变形过程中的试样微观组织发生了动态再结晶现象,晶粒尺寸得到细化;在变形温度为1 050 °C条件下,当应变速率不断增大时,奥氏体动态再结晶的晶粒尺寸减小;模拟结果与试验结果较吻合.     

液相线保温法低合金钢半固态组织的形成机理

采用液相线保温法制备了低合金钢ZG25MnCrNiMo半固态熔体,获得了晶粒细小、圆整、均匀的半固态组织.研究了该组织的形成过程和形成机理,掌握了保温温度和保温时间对组织形态以及晶粒尺寸的影响规律.结果表明,在液相线温度1 510℃保温时,熔体内易形成大量准固相原子团簇并发展为游离晶均匀分布在熔体内,它们能在凝固时显著细化、匀化晶粒,使水淬组织细小、均匀.在空冷条件下,这种细化机制仍起作用,使液相线温度保温后的空冷组织比常规铸造浇铸温度下的空冷组织显著细小.由于中频感应炉的电磁搅拌作用,在液相线短时保温就可孕育出相当数目的游离晶,并能在随后的保温过程中维持游离晶的形态和数目.在保温5～50 min的时间范围内,液相线温度下不同保温时间的水淬组织没有显著变化,短时保温与长时保温的效果相当.     

3D finite element simulation of microstructure evolution in blade forging of Ti-6Al-4V alloy based on the internal state variable models

The physically-based internal state variable (ISV) models were used to describe the changes of dislocation density, grain size, and flow stress in the high temperature deformation of titanium alloys in this study. The constants of the present models could be identified based on experimental results, which were conducted at deformation temperatures ranging from 1093 K to 1303 K, height reductions ranging from 20% to 60%, and the strain rates of 0.001, 0.01, 0.1, 1.0, and 10.0 s-1. The physically-based internal state variable models were implemented into the commercial finite element (FE) code. Then, a three-dimensional (3D) FE simulation system coupling of deformation, heat transfer, and microstructure evolution was developed for the blade forging of Ti-6Al-4V alloy. FE analysis was carried out to simulate the microstructure evolution in the blade forging of Ti-6Al-4V alloy. Finally, the blade forging tests of Ti-6Al-4V alloy were performed to validate the results of FE simulation. According to the tensile tests, it is seen that the mechanical properties, such as tensile strength and elongation, satisfy the application requirements well. The maximum and minimum differences between the calculated and experimental grain size of primary α phase are 11.71% and 4.23%, respectively. Thus, the industrial trials show a good agreement with FE simulation of blade forging.     

大型锻件淬冷过程数值模拟与实验验证

为了了解和分析大型锻件在淬火过程中温度和组织场等的变化情况,应用非线性有限元软件MSC.Marc及其二次开发功能建立了二维有限元模型.综合考虑相变与温度的耦合关系、相变热的影响和热物性参数的非线性等问题,获得锻件淬火过程1/4截面上瞬态温度场和组织场的变化云图.材料的TTT转变曲线在AutoCAD软件环境下通过开发的程序实现动态调用.以35CrMo钢长圆柱大型锻件为对象,模拟了其淬火过程中温度和组织的转变过程.比较计算得到的温度曲线和实际测量结果表明,两者吻合较好.     

钢锻热淬火空气预冷研究

对45钢锻热淬火终锻后空气预冷对奥氏体晶粒尺寸、马氏体形貌及精细结构以及工件淬硬层深度的影响进行了研究。结果表明,45钢锻件终锻温度超过900℃,奥氏体即可在锻造过程中全部或部分完成动态再结晶。空气预冷会使完成动态再结晶的奥氏体晶粒急剧长大,但30S后长大速率大幅度减弱。空气预冷对马氏体板条中位错的密度及组态以及板条束和板条宽度影响不大。值得强调的是,适当预冷可使工件一定厚度的次表层在淬冷过程中的冷速增大,从而使淬硬层加深。有利于某些工件服役寿命的提高。计算机模拟计算结果确认。预冷使淬火工件淬硬层深度增大的现象具有普遍意义。     

锻造工艺对易切削非调质钢析出行为的影响

利用GLEEBLE 1500热模拟试验机、电子显微镜以及化学萃取相分析等手段,较详细地研究了易切削非调质钢35MnVS的析出方式及锻造工艺对其析出行为的影响,并与35VS钢作了对比。结果表明:35VS与35MnVS钢中既有一般析出又有相间析出,析出相主要为V(C,N)和(Ti,V)(C,N)。对35MnVS钢来说,锻造温度较高及冷却速度较慢者,析出相的数量增多,外延生长较充分,尺寸变大。降低终锻温度及冷却速度,使钒的析出量增多,而对钛的析出则影响不大。     

S38MnSiV非调质钢热变形行为及组织演变

利用MMS-300热模拟试验机开展单道次压缩实验和光学显微组织观察,研究了S38MnSiV非调质钢在温度为1173~1423K及应变速率为001~10s-1条件下的热变形行为,获得了应变速率和变形温度对该钢动态再结晶行为及组织的影响规律,按照双曲正弦方法确定了实验钢的热变形激活能和本构方程.结果表明:变形温度越高,应变速率越低,越有利于动态再结晶的发生;随着动态再结晶的进行,奥氏体平均晶粒尺寸随应变的增加逐渐减小;当应力达到稳态时,奥氏体晶粒尺寸不再随应变而发生变化.