基于ANSYS的铝合金厚板淬火过程热力耦合数值分析

基于ANSYS的参数化设计语言和用户界面设计语言,建立铝合金厚板淬火过程的热力耦合分析模型,实现模型的参数化和分析过程的流程化,探讨铝合金厚板在淬火过程中的应力变化和淬火后的残余应力分布规律.研究结果表明:在淬火过程中,铝合金厚板面部金属经历了由受拉状态到受压状态的转变,心部金属经历了从受压状态到受拉状态的转变,残余应力具有面部为压应力、心部为拉应力的空间分布特征;残余应力随着铝合金板厚度的增加而增大,当厚度增加到一定值(80 mm)时,厚度的增加对残余应力的影响不明显;残余应力随表面换热系数的增加而增加,表明通过改进淬火工艺能获得较小残余应力;以铝合金板与冷却水间的热交换达到平衡时的时间作为时间步,适合于铝合金厚板热力耦合作用过程的分析计算.     

7050铝合金厚板淬火过程的数值模拟研究

采用Deform 3D有限元软件对尺寸为630 mm×300 mm×80 mm的7050铝合金厚板淬火过程进行模拟,研究了厚板的温度和残余应力分布情况,同时对比分析了淬火水温对厚板淬火过程的影响.结果表明,淬火过程中温度分布不均匀,淬火刚开始时,表层温度下降较快,冷却速率约为131.5℃/s,内部温度下降缓慢,冷却速率约为33.2℃/s,厚板整体能够被固溶.淬火初期,厚板表层呈现拉应力,内部为压应力;淬火完成后,心部变为拉应力,最大值为131 MPa,表层为压应力.随着淬火水温的升高,通过淬火敏感区的冷却速率降低,厚板中的残余应力略有减小;采用25～80℃水淬均能获得过饱和固溶体,选用80℃进行淬火时的残余应力稍有降低.     

切割对铝合金厚板残余应力分布影响的仿真与分析

使用有限单元法对切割加工过程对于铝合金厚板残余应力分布造成的影响进行研究,利用大型商用非线性有限元软件MSC.Marc提供的单元生死技术建立7075铝合金厚板切割的有限元模型,对切割前、后铝合金厚板内应力的变化进行模拟,并进行实验验证.仿真和实验结果表明:切割产生的边缘处由于失去原有相邻的材料对其的拉伸或压缩作用,应力减小,应力变化随着与边缘距离的增加而减小;与边缘的距离超过板材厚度的部分应力变化很小,可以忽略;切割对表面应力的影响较大、对芯部应力影响较小;对与其方向垂直的应力影响较大,对与其方向平行的应力影响较小.     

高强铝合金厚板淬火残余应力数值分析

采用有限元分析方法,利用deform软件模拟分析了高强铝合金厚板的淬火冷却过程。获得了高强铝合金厚板淬火温度场、应力场和变形场分布规律。并利用点跟踪技术分析了厚板内部和表面不同位置的淬火冷却曲线、平均残余应力曲线以及沿长、宽和厚方向的三个应力分量分布曲线。结果表明,板件的残余应力主要决定于X方向的残余应力分量。厚板表面X方向的残余应力分量值达到最大,最大压应力值为-135 MPa;厚板内部X方向的残余应力分量值达到最大,最大拉应力值为156 MPa.     

7075铝合金拉伸残余应力数值模拟及实验测试

对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,获得淬火残余应力分布规律,在此基础上开展基于等向强化Mises屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动增量理论的铝合金拉伸过程数值模拟,仿真不同拉伸率对内部残余应力的消除效果,采用盲孔法对铝合金淬火及不同拉伸量拉伸后残余应力进行实验测量,结果表明对于厚12 mm的7075铝合金试件最优拉伸率为1.0%。同时根据不同拉伸率拉伸后铝合金板材残余应力分布规律的变化趋势可以看出,以不同拉伸率拉伸后铝合金板材表面和内部残余应力的消除效果具有相同的变化趋势。     

铝合金预拉伸板残余应力场的评估模型

针对铝合金厚板内部残余应力检测难、预测难、控制更难的问题,通过三因素三水平正交试验,运用裂纹柔度法检测了7075铝合金预拉伸板的内部残余应力,总结了其分布规律,根据厚板内部的应力分布特点,构造了应力分布线型函数;运用非线性回归技术,建立了关键点应力值与淬火板表面应力的关系,构建了预拉伸板残余应力场评估模型.结合测试得到的淬火板表面应力和回归得到的关键点应力值,重构预拉伸板残余应力场.对某厂生产的预拉伸板进行的残余应力评估表明,该模型具有较强的工程实用性.     

冷压缩法消减7A85铝合金锻件淬火残余应力研究

为研究冷压缩法对7A85铝合金淬火残余应力消减效果,通过实验获得7A85铝合金的比热容、热传导系数、热膨胀系数等热物性参数,利用ABAQUS有限元软件对7A85铝合金试件进行淬火及冷压缩变形工艺仿真,研究淬火及冷变形工艺参数对试件残余应力的影响,对7A85铝合金试件淬火与冷压缩变形工艺进行实验研究,采用X线衍射仪分别测试试件淬火及冷变形后的残余应力。研究结果表明:当冷变形量为1%时,冷压缩法可降低试件约70%的淬火残余应力,随着冷变形量的增加,残余应力变化较小,表现出与拉伸法消减残余应力不同的变化特征。实验与仿真分析获得的残余应力绝对误差在40 MPa以内。     

不同淬火工艺对7075铝合金厚板残余应力的影响

对7075铝合金厚板进行固溶处理后,分别采用浸没淬火和喷淋淬火再进行预拉伸处理。运用裂纹柔度法检测2种淬火板和相应的预拉伸板内部的残余应力,研究不同淬火工艺对铝厚板残余应力产生和预拉伸后重新分布的影响。研究结果表明:淬火速率越大,铝厚板内产生的残余应力也越大,浸没淬火试样的残余压应力和残余拉应力分别比喷淋淬火试样的残余压应力和残余拉应力大60%和73.6%;经过预拉伸处理后,淬火应力得到极大消减,残余应力被控制在±20 MPa以内,满足后续加工的要求;当拉伸量为1.8%,2.2%和2.5%时,残余应力的消减效果相当。     

7055铝合金的淬火敏感性研究

通过测定时间-温度-硬度曲线并采用透射电镜研究7055铝合金的淬火敏感性.研究结果表明：7055铝合金的淬火敏感温度区间为235～415℃,鼻尖温度约为355℃;7055铝合金的过饱和固溶体在355℃保温时快速分解,析出大量无强化作用的粗大η相,减小基体中溶质原子浓度,降低时效强化效果;该合金较佳的淬火制度为：适当减小高温区间的冷却速率,加大淬火敏感温度区间235～415℃的冷却速率.在此淬火制度下,既可减小铝合金残余应力,又可保证其较佳的力学性能.     

Al-Zn-Mg-Cu合金包覆淬火残余应力 与时效工艺研究

结合残余应力测量、原位电阻率表征、硬度测试和透射电子显微镜观察等探究了一种新型包覆淬火工艺及后续时效处理对Al-Zn-Mg-Cu合金板材微观组织和力学性能的影响.结果表明:包覆淬火工艺可以有效降低Al-Zn-Mg-Cu合金的淬火残余应力及位错密度,原位电阻率结果显示包覆层厚度越厚(0.2～0.6 mm),包覆淬火处理合金的时效析出行为与普通淬火合金越接近;通过原位电阻率和硬度测试获得了包覆淬火合金优化的峰值时效制度,在此时效处理条件下,包覆处理合金能够保持与普通水淬样品近似的析出显微组织及力学性能.     

淬火介质对稀土低合金铸钢组织及性能的影响

对稀土低合金铸钢材料采用水淬存在开裂、油淬存在成本高等问题,通过实验研制了一种介于水和油之间且性能稳定、配制简单、价格低廉的淬火介质。结果表明,对稀土低合金铸钢材料,用聚乙烯醇溶液为淬火介质,得到了板条马氏体＋针状马氏体＋残余奥氏体,材料的平均硬度为55.7HRC,耐磨性最好,可以代替淬火油。该介质安全实用,生产成本低,使试件耐磨性良好。     

7000系铝合金厚板喷淋淬火的数值模拟与分析

固溶处理淬火工艺是获得高性能铝合金板的关键环节。笔者从导热微分方程入手,建立了温度场的数学模型。利用ANSYS有限元软件,分别对7000系合金厚板传统淬火工艺以及喷淋淬火工艺过程中的温度场进行了数值模拟,获得了瞬态温度场解和淬火冷却曲线,比较分析了两种淬火工艺温度场对冷却效果的影响。结果表明：7000系合金厚板的辊底式喷淋淬火工艺优于传统工艺,能够获得冷却强度大,所需时间短和均匀性好的效果。     

9SiCr合金刃具钢气雾淬火后部分性能分析

为研究新型热处理工艺-气雾淬火技术的特性,应用该技术对9SiCr钢圆柱体工件进行淬火处理,并对淬火后工件的硬度和组织结构进行分析。分析结果表明,经过气雾淬火处理后的工件,其硬度较淬火前有较大程度的提高,且内部硬度略大于外部硬度;淬火后工件内外都得到均匀的针状马氏体组织。     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

多元低合金空冷贝氏体铸钢的组织与性能

以A3废钢为主要原料,添加Si, Mn, Cr, Cu等多种微量合金元素,加入少量Mo、稀土进行微合金化和变质处理,在空冷条件下,获得了综合性能优良的贝氏体钢.主要研究了该钢的成分、组织和性能之间的关系.结果表明,低合金空冷贝氏体钢的生产工艺简单,贵重合金元素加入量少,生产成本低,具有优良的强韧性和耐磨性,综合效益显著.     

铸造残余应力对铝合金副车架疲劳寿命的影响

运用ProCast软件对真空压铸铝合金副车架进行铸造工艺仿真,得到副车架的残余应力场.通过中间文件把残余应力作为初始条件加载到副车架力学分析有限元模型上,利用HyperMesh、ABAQUS、Fe-Safe等软件对副车架进行疲劳寿命分析.结果显示残余应力使纵向工况、侧向工况、垂向工况中的疲劳寿命分别降低了48%、71.3%、32.5%.对副车架进行台架试验,结果表明:考虑了残余应力的疲劳仿真结果更接近台架试验结果,并且该铝合金副车架的性能指标符合实际使用要求.因此考虑了残余应力的疲劳仿真对真空压铸铝合金副车架的生产更具指导意义.     

快淬对贮氢合金组织和电化学性能的影响

通过XRD、TEM、DTA分析和电化学实验 ,研究了快淬对贮氢合金组织和电化学性能的影响。研究表明 ,成分均匀性改善和单胞体积减小是影响快淬贮氢合金电化学性能的主要因素 ,其中 ,前者使充放电循环稳定性提高 ,后者使放电容量降低。在本研究中 ,快淬速度为 10m/s时 ,合金成分的均匀性已较铸态有明显改善 ,更高的快淬速度并不能使成分的均匀性进一步大幅度提高 ,反而使单胞体积减小 ,因此 ,快淬速度为 10m/s时 ,快淬合金的综合电化学性能最佳。     

钴镍合金的制备与性能测试

合金材料是近年应用比较多的材料,钴镍合金具有很多优良的性能.本文对其进行制备和性能的测试,以期得到新的应用.以乙酸钴和乙酸镍的水合物为原料,按一定的配比用还原法制备钴镍合金(Co20Ni80).并对产物进行XRD测试,用S参数测量仪对其电磁参数进行分析,利用电镜对其进行微观结构和形貌分析.通过分析结果判断,制备的材料为钴镍合金.     

引线框架用Cu-Ni-Si合金的发展及研究现状

综述了引线框架用Cu-Ni-Si合金的发展历史,阐述了Cu-Ni-Si合金的强化机制,指出时效强化是该合金的主要强化方式,形变强化和固溶强化在一定程度上影响合金的性能.归纳总结了该合金性能与Ni、Si元素的质量比值、添加微量P、Fe、Mg、Zn、Cr等元素的种类和数量之间的关系,并分析了微量P、Fe、Mg、Zn、Cr等元素对Cu-Ni-Si合金性能改善的机理.指出了Cu-Ni-Si合金是一种很有应用前景的引线框架材料,其强度一般为600～860 MPa,导电率为30～60%IACS.     

壳体材料对破片穿甲威力的影响

对某型战斗部分别使用铝合金和钛合金壳体时破片穿甲能力进行了研究,发现破片相同时,钛合金壳体降低了其破片穿甲率。根据破片穿甲理论,提出对破片进行优化,提高其打击比动能,即提高破片存速并降低其打击面积的方法来解决钛合金壳体对破片穿甲率的影响,并通过数值模拟和靶场试验对其可行性进行研究。结果表明,优化后破片的极限穿深得到了提高,有效地解决了钛合金壳体对破片穿甲率影响的问题。