304不锈钢法兰管锻压成形组织衍化模拟研究

采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了304不锈钢法兰管锻压成形过程中坯料金属动态再结晶体积分数、平均晶粒尺寸的分布和衍化规律.锻压结束后,最小品粒尺寸达到17.9μm(初始晶粒尺寸设定为150μm),平均晶粒尺寸小于30、60μm的金属体积分别可达到8.8％和52％以上.研究结果能为304不锈钢法兰锻压工艺优化设计提供指导.     

表面双尺度结构对304不锈钢的耐磨性和成形性的影响

首先利用高能喷丸工艺对304不锈钢进行表面纳米化处理,再通过退火处理在表面获得双尺度结构,从而实现耐磨性-成形性间的平衡。通过金相和X射线衍射分析来表征细化层的微观结构,通过横截面的硬度测量和耐磨性实验来表征不锈钢的耐磨性,利用杯突实验和成形极限（FLD）实验来表征不锈钢的成形性。结果表明,0.3 MPa-6 min表面喷丸可以获得平均晶粒尺寸约为36 nm,平均硬度为353 HV_0.2,形变诱发马氏体质量分数50.2%,厚度约为125 μm的细化层。表面喷丸纳米化不锈钢的耐磨性显著提高,但成形性明显下降。表面喷丸纳米化+650 ℃退火30 min可在不锈钢表面获得双尺度结构的细化层,其中粗晶部分的平均晶粒尺寸约为1~2 μm,体积比约66%;细晶部分的平均晶粒尺寸约为58 nm,体积比为34%。这种双尺度结构的表面细化层兼具高耐磨性和高成形性的特性。     

基于L-J位错密度模型及CA法的45Cr4NiMoV合金动态再结晶行为北大核心CSCD

基于热压缩实验得到的数据,获得了45Cr4NiMoV合金在改进的Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型中的应变软化参数及应变硬化参数,建立了45Cr4NiMoV合金的动态再结晶模型。采用元胞自动机(CA)方法,应用DEFORM-3D软件对45Cr4NiMoV合金热成形过程中的动态再结晶行为进行有限元分析,并与实验得到的微观组织进行对比。结果表明:当应变速率及变形量一定时,较高的变形温度促使45Cr4NiMoV合金位错及晶界迁移运动加剧,其动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的升高而增大,模拟结果与实验结果较为吻合,验证了所建立的L-J位错密度模型的合理性,说明修正的L-J位错密度模型结合CA能准确预测45Cr4NiMoV合金的动态再结晶微观组织演变过程。     

20 MnMoB结构钢调质冷锻后硬度变化规律分析

以20MnMoB结构钢调质后直接冷锻工艺为研究对象,对4种不同调质处理工艺下的圆柱试样分别进行不同变形程度的压缩实验,通过有限元模拟、X射线衍射法和电子背散射衍射技术分别获得锻件的等效应变值、位错密度以及初始晶粒尺寸,结合对应位置维氏硬度实测值大小,分析这3个因素对于冷锻件硬度的变化规律影响。结果表明,硬度与这3个影响因素关系密切,硬度随着等效应变与位错密度的增加而增大,随着晶粒尺寸的增大而减小。所得硬度值的具体数据为构建硬度预测模型奠定了基础。     

基于L-J位错密度模型及CA法的45Cr4NiMoV合金动态再结晶行为

基于热压缩实验得到的数据,获得了45Cr4NiMoV合金在改进的Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型中的应变软化参数及应变硬化参数,建立了45Cr4NiMoV合金的动态再结晶模型。采用元胞自动机(CA)方法,应用DEFORM-3D软件对45Cr4NiMoV合金热成形过程中的动态再结晶行为进行有限元分析,并与实验得到的微观组织进行对比。结果表明:当应变速率及变形量一定时,较高的变形温度促使45Cr4NiMoV合金位错及晶界迁移运动加剧,其动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的升高而增大,模拟结果与实验结果较为吻合,验证了所建立的L-J位错密度模型的合理性,说明修正的L-J位错密度模型结合CA能准确预测45Cr4NiMoV合金的动态再结晶微观组织演变过程。     

不锈钢超薄板力学性能的尺度效应

为研究304不锈钢超薄板力学性能与试样尺寸、晶粒尺寸的相关性,应用自制的超薄板专用夹具进行拉伸试验,分析超薄板的厚度、晶粒尺寸对材料力学性能的影响。试验结果表明,随着试样厚度减小,材料的屈服强度先减小而后明显增大。这是因为,当试样厚度大于200μm时,表面层效应起主导作用;当试样厚度小于200μm时,应变梯度效应和表面层钝化膜共同作用。同一厚度下,改变试样的晶粒尺寸结果表明,当厚度尺寸和晶粒尺寸的比值小于2时,板料在厚度方向已没有内部晶粒,位错很容易滑移出自由表面,应力-应变曲线显著降低。     

晶粒尺寸对Fe-20Mn-3Cu-1.3C合金钢加工硬化行为的影响

Fe-20Mn-3Cu-1.3C钢经热轧,冷轧后分别在950、970和1050℃下保温10 min进行再结晶处理,得到平均晶粒尺寸为18.12、24.56和47.00 μm的试样.硬度测试表明,随着晶粒尺寸的增大,合金拉伸变形前的显微维氏硬度而逐渐减小,而合金拉伸变形前后的硬度变化量逐渐增大.拉伸测试表明,在低应变阶段,TWIP钢应变硬化速率随真应变的增加而明显增加,而其增幅未随晶粒尺寸的增大发生明显变化;随着应变的增加,其应变硬化指数增加的幅度随晶粒尺寸的增大而增大.在低应变阶段,位错强化起主要作用;而高应变阶段,孪晶硬化起主要作用.     

表面机械研磨诱导AISI 304不锈钢表层纳米化Ⅱ.晶粒细化机理

采用表面机械研磨处理(SMAT)在AISI 304不锈钢上制备出纳米结构表层，用透射电镜(TEM)研究组织演变过程．晶粒细化机理可归纳如下：位错在{111}面上滑移并相互交割形成网格结构；单系孪晶形成并逐渐过渡到多系孪晶；多系孪晶相互交割使晶粒尺寸不断减小，并在孪晶交叉处形成了马氏体相；孪晶系增多与孪晶重复交割强度加大使得细化晶粒的尺寸进一步减小；最终在大应变量、高应变速率和多方向重复载荷的作用下，形成等轴状、取向呈随机分布的马氏体相纳米晶组织．     

304不锈钢微成形表层晶粒影响行为研究

在微塑性成形过程中,虽然零件的宏观尺寸达到了毫米或微米级,但其微观组织却没有发生明显的变化,材料的表层晶粒尺寸也就越来越趋近零件的几何尺寸,导致塑性成形规律呈现出与宏观大尺寸零件不同的尺寸效应现象。对四种厚度的304不锈钢薄板试样进行了单向拉伸试验和微弯曲试验,测量了薄板的厚度。结果表明,随着薄板厚度的减小,塑性变形区内表层晶粒的位错滑移变化对力学性能和无量纲弯矩的影响越来越显著,表现出"越薄越强"的尺寸效应现象。引入修正的Hall-Petch公式与修正的Nix-Gao应变梯度模型,使力学性能和无量纲弯矩的预测和试验结果吻合。     

TP347不锈钢动态再结晶行为及组织演变分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机对TP347含铌奥氏体不锈钢进行单道次等温热压缩试验。热压缩温度为900～1150℃,应变速率为0.005～0.05 s-1。由流变应力曲线的回归分析得到TP347钢的动态再结晶激活能及有关的材料常数。通过金相检验揭示了TP347钢动态再结晶晶粒尺寸的变化。研究表明,TP347钢的动态再结晶晶粒尺寸随着应变速率的增大而减小;由于含铌,导致在相同变形条件下,与304不锈钢相比TP347钢的稳态应力更高,晶粒更加细小。这主要是由于TP347钢中高温析出碳化铌并对晶界及位错运动起钉扎作用所致。     

基于有限元法的304不锈钢四通件挤压微观组织衍化研究

基于有限元理论分析和模拟相结合的方法,研究了304不锈钢四通件挤压成形过程中的组织演化规律,揭示了坯料金属动态再结晶体积分数和平均晶粒尺寸的分布。研究发现:在坯料初始晶粒尺寸为150μm状态下,挤压结束后,最小晶粒尺寸可达到11.6μm。     

变形条件对304不锈钢动态再结晶的影响

采用平面压缩变形观察304不锈钢在应变过程发生动态再结晶(DRX)的试验,结果表明发生DRX的可能性随着变形温度的升高和应变速率的减小而增加,而动态再结晶晶粒尺寸同样随着变形温度的升高和应变速率的减小而增大;试验过程钢的再结晶晶粒尺寸为5-30μm.     

核电用304不锈钢静态再结晶模型的建立

利用Gleeble-1 500 D热力模拟试验机,对304不锈钢进行了热压缩模拟试验。研究了变形温度在950℃~1 200℃之间,变形速率为1×10-3 s-1、1×10-2 s-1、1×10-1 s-1,变形量为50%的变形行为及组织特征,建立了304钢的静态再结晶晶粒尺寸模型。结果表明：变形量、变形温度、应变速率因素的影响较大;应变量越大,变形温度越低,应变速率越高,晶粒越细;304钢静态再结晶晶粒尺寸模型的建立为大锻件静态再结晶数值模拟分析提供了可靠的判据。     

ZK60镁合金新型变形工艺数值模拟与实验研究

为了解决等通道转角挤压(ECAP)和正挤压(FE)工艺缺陷,结合两者特点,提出了ECAP-FE新型大塑性变形挤压工艺。利用DEFORM软件进行ZK60镁合金新型变形工艺数值模拟,分别获取新型工艺成形特征、三种工艺等效应变场及ECAP-FE工艺组织模拟。模拟结果显示:新型工艺成形过程可分为4个阶段,并且存在两大变形区的ECAP-FE挤压工艺比ECAP或FE变形更能够积累大变形量。实验结果表明:ZK60镁合金经过ECAP-FE变形后平均晶粒尺寸约为2. 8μm,比铸态晶粒尺寸减小32倍,晶粒细化效果显著。     

高压扭转压力对304不锈钢组织及性能影响

以304奥氏体不锈钢为研究对象,采用高压扭转工艺对其性能进行改进。利用金相显微镜、显微硬度计和X射线衍射仪分析压力对304奥氏体不锈钢组织和性能的影响规律。结果表明,压力越大对基体组织晶粒剪切破碎越有利,晶粒细化及强化效果越明显。高压扭转前后材料内部位错密度由3.41×1014 m-2增加到5.07×1014 m-2,亚晶尺寸由59.54nm细化到46.03nm,细化程度达22.7%。高压扭转主要通过细晶引起晶粒滑移系位错源开动的阻碍作用来实现304奥氏体不锈钢强化。     

高能喷丸参数对304不锈钢表面性能的影响

采用气动喷丸方式,研究喷丸压力和喷丸时间等工艺参数对304不锈钢表面性能的影响。用X射线衍射方法检测了试样表层的晶粒尺寸和相组成,用显微硬度计测量了试样表层的显微硬度。结果表明,304不锈钢板经高能喷丸处理后,表层晶粒明显细化,达到纳米级,喷丸压力越大,晶粒越小;表层组织发生了应变诱导马氏体相变。随着喷丸压力增加,马氏体相逐渐增多,奥氏体相减少;喷丸处理后表层硬度显著提高,显微硬度值是未处理试样的2倍多;在5～15 min范围内,喷丸时间对试样表面性能影响不大。通过对弹丸粒子的运动分析,得到喷丸的能量主要与喷丸压力,弹丸密度、直径以及喷丸距离等参数有关,随着弹丸动能增大,表层晶粒逐渐减小,晶格畸变增加。     

不锈钢板坯内外弧尺寸差异分析及解决措施

结合304奥氏体不锈钢高温凝固特性及现场连铸浇铸参数,分析304不锈钢连铸铸坯内外弧宽度尺寸相差约为4～7 mm的具体原因,如结晶器内外弧冷却不同、内外弧铜板锥度不同、水口不对中等。详细研究因结晶器内外弧冷却不同对铸坯内外尺寸的影响,实践证明,调整结晶器内外弧水量可以有效改善内外弧铸坯尺寸差异问题。     

TA15钛合金大型复杂构件等温局部加载过渡区宏微观变形研究

基于DEFORM3D平台,针对大型复杂构件建立了等温局部加载有限元模型,模拟分析了成形参数对过渡区成形和微观组织演化的影响规律.结果表明:随过渡区宽度的增加,过渡区纵向筋和横向筋之间的凹陷增大,平均晶粒尺寸减小;随加载道次的增加,过渡区纵向筋和横向筋之间的凹陷减小,平均晶粒尺寸减小;随锻造温度的升高,加速度的减小其平均晶粒尺寸增大;只采用局部加载成形方式时,过渡区纵横筋充填不均匀,平均晶粒尺寸较小:采用先局部加载后精整的变形方式时,过渡区纵横筋的充填较好,平均晶粒尺寸较大.     

TB2钛合金等通道转角挤压变形过程的应变分析及实验研究

运用有限元方法对TB2钛合金等温等通道转角挤压过程进行有限元模拟及实验研究。模拟结果表明,材料变形结束后的等效应变分布规律为自下而上应变逐渐减小,平均应变分别为1.46,1.18,1.07。实验结果发现,微观组织得到了明显细化,平均晶粒尺寸为30μm。采用测量显微硬度的方法衡量变形均匀性发现,硬度分布规律与有限元模拟应变分布规律一致,3个部位的平均硬度分别为399.1,396.6,390.5,均大于原始材料的硬度302.4。     

MB15合金等通道转角挤压组织模拟和实验分析

采用等通道转角挤压(ECAP)对MB15合金试样进行挤压,利用有限元软件DEFORM-3D进行ECAP晶粒组织模拟,探索采用有限元模拟与实验分析相结合的方法,研究镁合金ECAP成形过程的晶粒组织变化规律。模拟结果表明:数值模拟后试样从头部P1处、中部P2处到尾部P3处的晶粒组织细化程度明显减小,平均晶粒尺寸从初始的13.32μm减小到2.3~3.1μm;采用ECAP方法进行一道次挤压,试样的平均晶粒尺寸从13.32μm减小到2.2μm。对比数值模拟与实验分析结果表明:两者在晶粒细化程度上吻合良好。