增材-微锻造加工工艺应力场数值模拟研究

激光熔丝增材制造过程中,材料快热快冷的特点使熔覆层产生不利于表面强度的残余应力,而增材-微锻加工工艺可提高增材制件的加工质量,改善增材制件微观组织及力学性能缺陷.以TC4为研究对象,通过超声微锻造工具头与熔池保持一定的相对距离做进给运动,对材料表面进行高频次冲击与滚压,使熔覆层表面得到改善和强化.对增材-微锻加工工艺进行顺序热结构耦合数值模拟研究,分析加工过程中熔覆层应力场变化情况.研究表明:对尚未冷却的增材熔覆层表面进行超声微锻造,熔覆层由于热源加载产生的残余拉应力转化为较为有益的残余压应力,降低了熔覆层表层缺陷发生的概率.不同的超声振幅、进给速度以及锻造温度参数对残余压应力及法向变形量有较大影响.     

钢卷冷却过程中的热应力

考虑了板带材轧制卷取后的钢卷呈各向异性的行性。研究了温度变化对板形的影响,得出了钢卷内部的各向应力,解释了板带材轧后离线板形变化的原因。     

35CrMo曲轴热成形材料模型的研究

本文通过对大型曲轴用钢３５ＣｒＭｏ 的热力模拟试验和数据处理,探讨了曲轴弯曲镦锻的热成形机制,研究了变形温度、应变速率等参量对３５ＣｒＭｏ 钢应力应变关系和再结晶特征的影响。建立了该类钢热成形的材料模型、给有限元数值模拟曲轴弯曲镦锻热成形过程提供了基本数据,也为大型曲轴热成形力能参数和温度制度的合理确定提供了科学依据。材料模型的确定,对于研究热成形实质,预报与控制工艺质量和产品质量乃至新工艺开发都有重要意义。     

45钢强韧化处理后的机械性能

研究45钢经高温、亚温(临界间)和珠光体区锻热淬火工艺及其强韧化机理,测定其硬度、拉伸性能、冲击功和断裂韧性,并与常规的锻造后再淬火回火处理的45钢加以比较。试验结果表明,与常规处理相比,锻热淬火处理工艺使45钢的硬度有明显提高。锻热形变处理后45钢的冲击功和断裂韧性均比常规处理后的高,冲击功值提高了77-99%,断裂韧性值提高了35-47%。拉伸结果也表明,45钢经锻热形变热处理后的拉伸强度也均比常规处理后的高,而亚温锻热淬火比高温锻热淬火高。研究结果指出,锻热淬火有效地利用了形变强化和相变强化的结合,是提高钢强韧性的有效方法之一。     

60Mn环件断裂失效分析

60Mn环件装配后发生崩裂,采用断口分析、化学成分分析、金相分析及低倍分析等方法进行了失效分析。结果表明,环件中存在白点,白点在装配应力和内部氢压的作用下发生滞后扩展,当白点裂纹长大到一定尺寸时,裂纹尖端的应力强度因子达到断裂韧性,从而发生崩裂。     

改善D2钢冶金质量的工艺研究

研究了锻比和锭型尺寸对D2钢共晶碳化物不均匀度以及精炼工艺和重熔电极表面条件对钢中氧含量的影响规律。结果显示锻比和锭型尺寸对D2钢共晶碳化物不均匀度显著影响:锻比在2—8的范围内D2钢Φ1100mm电渣锭共晶碳化物不均匀度评级随着锻比的增加而降低,而同一锻比条件下D2钢共晶碳化物不均匀度则随着锭型尺寸的增加而增加;LF+VD精炼工艺可以控制D2钢中氧含量≤16×10-6(ppm);电极表面状况对D2电渣钢含氧量有较大影响:采用黑皮电极重熔成的电渣锭氧含量比车光电极多增加了25%。     

大型全纤维曲轴TR镦锻装置失效分析

对大型全纤维曲轴TR镦锻装置中的模座进行了断裂失效分析,该装置在修改曲轴大法兰成形方式为全封闭成型后的第一次使用中,上、下模座均断裂.采用DEFORM一3D软件对该全纤维钢曲轴镦锻成形进行数值模拟,计算获得锻件成形力和模具充填效果.采用I-Dears软件对曲轴TR镦锻装置进行结构强度计算,获得了镦锻装置的应力和变形状态,分析了模座发生断裂失效的原因.计算结果表明,模座实际的断裂部位和裂纹方向与强度分析结果吻合.     

20CrMnTi钢的温热变形行为及其数学建模

利用热模拟试验研究了20CrMnTi钢在温度为1123～1273K,变形速率为0．01～20s^-1条件下的温热变形行为,并对其变化规律进行系统分析．以流动应力d为目标函数,研究了主要热力参数对目标函数的影响．基于蠕变理论和统计分析建立了两种适用于20CrMnTi钢温热锻的流动应力数学模型,为20CrMnTi温热成形数值模拟和热力参数的合理控制提供了依据．     

45钢强韧化处理后的机械性能

研究45钢经高温、亚温（临界间）和珠光体区锻炼淬火工艺及其强韧化机理，测定其硬度、拉伸性能、冲击功和断裂韧性，并与常规的锻造后再淬火回火处理的45钢加以比较。试验结果表明，与常规处理相比，锻热淬火处理工艺使45钢的硬度有明显提高。锻热形变处理后45钢的冲击功能和断裂韧性均比常规处理后的高，冲击功值提高了77－99％，断裂韧性值提高了35－47％。拉伸结果也表明，45钢经锻热形变热处理后的拉伸强度也均比常规处理后的高，而亚温锻热淬火比高温锻热淬火高。研究结果指出，锻热淬火有效地利用了形变强化和相变强化的结合，是提高钢强韧性的有效方法之一。     

四种径向精锻道次的变形分布数值模拟分析

采用三维刚塑性有限元法对四种径向精锻变形道次的变形分布进行了数值模拟计算;结合模拟实验讨论了变形分布对锻材组织及质量的影响。结果表明,变形分布的均匀性和渗透性的结合是获得高质量锻材的必要条件,工艺中应给予考虑。     

大锻件热处理残余应力及其对微孔隙周围氢聚集的影响

采用有限元软件DEFORM对大型Cr5支承辊锻件在热处理过程中的组织转变和残余应力进行了模拟分析,结果表明在热处理结束后锻件内部存在着较大的残余应力,沿锻件的径向残余应力的应力幅值和应力方向发生了剧烈的变化。在已知锻件残余应力的基础上,根据应力条件下氢扩散的上坡效应,研究了锻件内不同位置和不同形态微孔隙周围的氢聚集现象,分析结果证明了热处理残余应力对白点萌生的重要影响,为进一步研究大锻件内部白点的萌生扩展机理提供了基础。     

锻造工艺对非调质钢35MnVS组织与性能的影响

利用GLEEBLE 1500热模拟试验机、光学及电子显微镜等手段,研究了锻造工艺对易切削非调质钢35MnVS显微组织与机械性能的影响。结果表明:该钢加热至1 200℃时组织仍无明显粗化。终锻温度与锻后冷却速度是控制该钢性能的主要因素。适当控制终锻温度(950—1 000℃)和锻后冷却速度(不大于2℃/s)可获得良好的综合机械性能。在形变量15％—45％范围内,随形变量的增大,钢在空冷后亦可获得满意的强韧性。     

送进量对锻造轧辊残余应力应变的影响

利用有限元法模拟了轧辊在宽平砧高温强压法(WHF)在粗锻过程中送进量的改变对轧辊残余应力应变的影响。首先利用专业的锻造模拟软件DEFORM建立了轧辊粗锻过程的有限元模型,并基于WHF锻造法的送进量进行了轧辊粗锻过程中的残余应力应变分析,得出了在锻造工艺范围内送进量对轧辊残余应力应变的影响。结果表明:送进量越小,释放砧铁后坯料承受的残余应力就越小,于后继加工有利;而与残余应力不同的是,随送进量越大,坯料受压端的中部和边缘产生的残余应变就越大,有利于坯料中的空洞和孔隙锻合。     

热处理和应力状态对60Si2Mn钢白点的宏观和微观形貌的影响

通过对钢坯的不同区域进行化学分析和气体分析,找出了白点分布的规律性,并研究了热处理状态和应力状态对白点区形貌的影响,发现了一些新的现象,提出了自己的见解,对寻找避免氢脆的措施有一定参考价值。     

大容量机组热挤压斜三通设计

针对高效低耗节能的亚临界和超临界大功率300MW 及以上机组建设,主蒸汽管道所用的锻制斜三通仍全部靠国外进口:该锻制斜三通重量大、成本高、对整个管系的应力、支吊等方面都会带来许多麻烦。因此,在分析热挤压直三通设计和成型机理及锻制斜三通设计原理的基础上,综合提出了“应力面积补偿计算法”,设计300MW 机组Ⅲ热挤压45°斜三通,并通过有限元进行应力分析和应力状态模拟实验,满足工况对管件的强度要求,完全可替代进口锻制300MW 机组45°三通。该产品的替代减小了对管系的应力和支吊的影响,减少了管件的重量,降低成本等优越性。     

65Cr4W3Mo2VNb钢马氏体和析出相电镜分析

本文应用JEM-100CX Ⅱ透射电子显微镜研究了65Cr4W3Mo2VNb钢退火,不同温度淬火和回火的高倍微观形貌与相结构,讨论了合金组织和性能的关系。 一、实 验 方 法1.试验用钢及热处理 经化学分析确定,试验用钢成分为:碳0.65%,铬4.13%,钨3.32%,钼1.94%,钒0.97%,铌0.26%,硅0.25%,锰0.19%,磷0.009%,硫0.007%. 纲材在1150—1170℃加热,1100℃始锻,锻后埋沙缓冷。球化退火工艺为:860±10℃保温3h,炉冷至740±10℃等温6h,炉冷到500℃后出炉空冷,退火硬度为HB217.2.电镜样品制备 试验样品用电火花机床切割厚度为200—500μm的薄片,机械减薄至70—10…     

LD10锻造铝合金内部残余应力分析

采用仿真和实验相结合的方式,首先利用动力显示有限元分析软件建立了自由锻造圆饼过程的模型,仿真出锻造过程中的变形和应力分布情况,得到锻造铝合金内部残余应力的分布及变化规律,再利用切除法对选自锻饼不同部位的LD10锻造铝合金进行了残余应力测量。比较了LD10内部残余应力的分布特点,并从金属屈服和塑性流动的角度出发对这种残余应力的构成进行了分析。结果表明：LD10铝合金的残余应力分布特点随选料位置不同而有较大不同,在锻饼心部选取的试件表层受残余拉应力,心部受残余压应力,在锻饼边缘选取的试件表层受残余压应力,心部受残余拉应力。     

GCr15钢销、轮类件的锻热淬火和高温回火工艺最优工艺参数研究

本文是在多次试验的基础上,分析了 GCr15钢锻热淬火时产生裂纹的原因,并找出了如何防止裂纹,获得适合于切削加工的硬度和显著细化钢中炭化物的工艺方法.本文还提出了 GCr15钢锻热淬火和高温回火的正交试验方案和分析方法.并分析和提出了 GCr15钢的高温形变热处理的最优工艺参数和影响这种新工艺的主次要因素等。     

超大高径比棒料平锻成形钢拉杆U型头预制坯工艺分析及模拟

为了解决传统U型钢拉杆存在的生产工艺落后、加工周期长、材料利用率低等问题,提出一体式钢拉杆成形工艺。以35型钢拉杆U型头预制坯的成形为研究对象,设计了3道次加热镦粗方法,采用DEFORM-3D有限元软件分析了不同工艺条件下镦粗后温度场、应力场的模拟结果,探讨了成形效果较佳的热成形工艺参数,并通过实验验证成形的可行性。结果表明,各道次较佳的热成形工艺参数如下:第1道次始锻温度为1 150℃、冲头速度为20 mm/s,第2道次始锻温度为1 150℃、冲头速度为30 mm/s,第3道次始锻温度为1 100℃、冲头速度为20 mm/s;在该热成形工艺参数下,各道次的成形力分别为1 520,2 090,5 290 kN,各道次的胀模力分别为5 870,6 710,8 830 kN;镦粗后金属流线分布合理,没有出现交叉、折叠等现象,成形效果较好。采用3道次热镦粗方法制备预制坯,制件内部的等效应力分布都比较均匀,可以形成质量良好的制件,研究结果可为35型钢拉杆U型头预制坯的镦粗聚料工艺设计以及设备选择提供参考。     

挤压锻温度对固态再生H11钢组织和性能的影响

以回收的H11钢车削屑获得的粉末为原料, 利用粉末压坯和挤压锻工艺制备样品, 并结合拉伸实验、硬度测试、XRD,SEM,TEM等分析手段, 研究了1100~1220℃不同挤压锻温度对固态再生H11钢组织结构和力学性能的影响. 结果表明:样品固结效果良好;挤压锻温度为1220℃时, 材料密度可达95.8 %;挤压锻温度达到1140℃后,基体中析出Fe₇C₃相; 随着挤压锻温度从1100℃升高至1220℃, 沿挤压方向的硬度从2.5GPa增加至4.4GPa, 抗拉强度从451MPa增加至808MPa, 但延伸率从3.1 %降低至0.7 %.