大口径无缝紫铜管挤压工艺研究

大口径紫铜结晶器是钛合金、镍基合金等贵重金属真空冶炼设备的重要部件,结晶器选用大口径无缝紫铜管寿命更长。挤压法相对于离心铸造法和锻造法等是最适合制造大口径无缝紫铜管的方法,挤压法制得的紫铜管组织均匀、力学性能更优。挤压工艺参数对紫铜管性能有显著影响,但目前尚无大口径紫铜挤压工艺参数的研究。文中研究了加热温度和挤压变形量对大口径紫铜管挤压力、晶粒尺寸和力学性能的影响。结果表明,大口径紫铜管的坯料加热温度越高,最大挤压力越低,但是降幅随着温度的升高逐渐减小;最大挤压力主要由紫铜的塑性变形力和与模具间的摩擦力构成,塑性变形力与挤压比的自然对数成正比;晶粒尺寸随加热温度提高和挤压比减小呈增大趋势;无缝紫铜管在挤压加热温度为780~860 ℃且挤压比为5.4~6.4时的力学性能相近,在该工艺窗口下挤压制造的无缝紫铜管均满足产品技术指标要求。     

W-40Cu粉末包套热挤压过程数值模拟

采用DEFORM-2D软件对W-40Cu粉末包套热挤压过程进行了数值模拟,研究了挤压过程中内部多孔体粉末坯料和外部塑性钢套的温度场、应力应变场和速度场的分布情况,并深入分析了坯料的等效应力应变和坯料、包套的最大流动速度随挤压温度、挤压速度、挤压比等的变化情况,以及包套厚度对粉末包套热挤压过程的影响。结果表明:粉末包套挤压过程中在模口附近出现最高温度值,等效应力的最大值出现在锥形区转角处,等效应变最大值出现在模口附近的包套表面,坯料最大流动速度值出现在模口附近的坯料芯部位置,包套最大流速值出现在挤压头部位置;坯料等效应变和流动速度随包套壁厚的增加先升高后降低,在包套壁厚为7.5mm时应变值最高;包套底厚影响挤压坯的形状和材料利用率。模拟得到的不同温度和挤压比下的变形载荷与实验值误差小于10%,吻合较好。     

变通道转角挤压成形钼丝的有限元模拟研究

为了确定变通道转角挤压钼丝的工艺特征场的变量分布,通过有限元模拟和试验开展了以直径10 mm钼丝挤出直径6 mm钼丝的研究。试验验证了挤出过程中挤压力随行程的变化规律。分析了挤压速度对变形工件速度场的影响规律;分析了温度和等效应变的分布规律。结果表明:有限元模拟时最大挤压力的误差为9.20%;在通道转角处存在有梯度的增速区域和金属流动死区;通道转角区域的温度升高约100℃;挤出钼丝横截面上等效应变分布不均匀,刚性端的等效应变较小,其余部分上半区域的等效应变小于下半部分。     

工艺参数对铝合金微槽道挤压成形的影响

将热处理后的1050铝合金拉伸试样进行等温拉伸试验,获得真实应力-应变曲线,使用Deform-3D软件模拟1050铝合金微槽道的挤压成形过程。分析挤压速度、摩擦因数以及槽道宽高比这些关键工艺参数对材料等效应力-应变曲线分布的影响。结果表明,随着挤压速度和摩擦因数的增大,材料等效应力和应变均变大,变形不均匀性增大;随着槽道宽高比的变大,材料的等效应力和应变整体呈现上升趋势,微槽道板筋处出现了明显的应力集中现象,变形不均匀。根据模拟结果,选取最优参数进行1050铝合金微槽道挤压成形模拟试验,结果显示材料的流动均匀性更好,成形过程更加稳定,所得零件表面精度显著提高。     

机械外壳用含钒铝合金的挤压工艺优化

采用不同的挤压速度和挤压温度对机械外壳用6061-0.8V新型含钒铝合金试样进行了挤压成型,并进行了力学性能的测试与分析。结果表明:随挤压速度由2 m/min提升至4.5 m/min,挤压温度由375℃升高到475℃,机械外壳用6061-0.8V新型含钒铝合金试样的抗拉、屈服强度先增大后减小,断后伸长率变化幅度较小,力学性能表现为先优化后下降。相比于2 m/min,3.5m/min速度挤压时的抗拉强度和屈服强度各增大了18、16 MPa;相比于375℃,425℃温度挤压时的抗拉强度和屈服强度各增大了20、24 MPa。机械外壳用6061-0.8V新型含钒铝合金挤压成型较佳的工艺参数选择为:挤压速度3.5 m/min、挤压温度425℃。     

基于数值模拟的某直升机动环模锻成形工艺研究

采用数值模拟技术研究了某直升机动环模锻成形速度场、温度场、应力应变场的分布规律及变化,预测模锻件的成形效果及成形载荷。研究结果表明,锻件成形初始阶段,预制坯料与模具的接触面积较小,金属流动阻力较小,接触部分温度迅速下降且发生塑性变形,其它部位变形较小,坯料主体等效应力分布为30～60MPa。随着模压进行,预制坯料与模具的接触面积增大,金属填充受到的阻力急剧增加,金属径向流动速度与纵向填充速度增大;塑性变形产生热量导致坯料温度下降较少;坯料整体的等效应变略增加,锻件主体等效应力增至60～90MPa。锻件成形效果较好,温度、等效应力分布较均匀,未出现穿流现象。动环模锻件成形最大载荷为27288t。     

油井管用镍基耐蚀合金的研究与发展

介绍了油井管用镍基耐蚀合金G-3的国内外研究现状,并进一步研究了该合金在750℃长期时效后的组织变化.结果表明,长期时效后G-3合金晶内会析出第二相,从而降低合金的耐腐蚀性能.采用数值模拟技术对G-3合金管材的热挤压成形过程进行了模拟分析.结果表明,最大挤压力随着挤压速度的增加先升后降、随着坯料预热温度的升高而逐渐降低;坯料最大温升随着挤压速度的增加而增加,随着坯料预热温度的升高而降低.     

加工参数对Ti2041合金热变形行为及组织演变的影响

采用Gleeble-3800热模拟试验机对Ti2041合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度为650～900℃、应变速率为0.001～1.000 s-1和最大变形量为60%下的高温热变形行为。分析了不同变形工艺参数对微观组织的影响规律。结果表明：合金的峰值应力值随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而降低。随着变形温度、应变速率和变形量的增大,变形组织中的动态再结晶现象越明显,晶粒尺寸逐渐减小,合金的显微硬度逐渐增大。通过提高变形温度、增大应变速率和变形量达到了细化晶粒的效果;随着保温时间的增加,晶粒尺寸越大,合金的显微硬度值也逐渐降低。基于实验数据,建立了含Z参数的应变补偿Arrhenious本构方程,具有较高的精度,其相关系数值达到了0.99295,平均相对误差为7.63%,预测值偏差在15%以内的数据点达92.82%。     

含钛镁合金材料的挤压工艺优化

为了优化Mg-5Al-1Zn-0.8Ti含钛镁合金的挤压工艺,在不同的挤压温度和挤压速度参数下对试样展开了组织和力学性能的测试与分析。结果表明:挤压温度从325℃增加到425℃,挤压速度由1 m/min提高到5 m/min,试样的平均晶粒尺寸先减小后增大,力学性能先提升后下降。与325℃挤压温度相比,400℃挤压温度下的含钛镁合金试样的平均晶粒尺寸减小了34%,抗拉强度和屈服强度分别增大了24%和29%,断后伸长率减小28%;与1 m/min挤压速度相比,3 m/min挤压速度下试样的平均晶粒尺寸减小了26%,抗拉强度和屈服强度分别增大12%和14%,断后伸长率减小21%。因此,Mg-5Al-1Zn-0.8Ti含钛镁合金的挤压工艺参数优选为:挤压温度400℃、挤压速度3 m/min。     

气雾化工艺对Fe-Si-Ni-Al-Ti软磁合金粉末物理性能的影响

采用惰性气体雾化法制备Fe-3%Si-2%Ni-0.5%Al-1%Ti软磁合金粉末,通过化学分析、激光粒度分析仪、电子探针等手段分别对粉末的成分、粒度分布和表面形貌进行表征,研究雾化压力、雾化温度和漏嘴直径对粉末粒径和形貌的影响。结果表明:雾化粉末中的Si、Ni、Al、Ti微量元素的成分偏差可控制在±0.2%以内,粉末碳含量可低至0.011%,氧含量低至0.10%。随着雾化压力由4.5 MPa增大到6.5 MPa,粉末的中值粒径减小,粉末粒度分布由双峰变为单峰,粉末球形度增大;随着雾化温度由1 550℃升高至1 650℃,粉末的中值粒径显著减小,粉末球形度先增大后降低;随着漏嘴直径由4 mm增加至6 mm,粉末的中值粒径增加,粉末球形度先增大后降低。实验得到的较优工艺参数为:雾化压力5.5 MPa、雾化温度1 600℃、漏嘴直径5mm,粉末粒度在14.45~71.35μm范围内,中值粒径D50为39.75μm,粉末球形度高,表面光洁。     

精轧开轧温度对Q235B连轧过程的影响规律研究

本文基于ABAQUS/Explicit平台建立了Q235B热连轧的三维弹塑性热力耦合有限元模型,分析了精轧开轧温度对成形环件的应变和温度分布不均匀性以及轧制力能参数的影响规律,同时进行了现场轧制实验的验证。结果表明:随着开轧温度的增加,轧件的温度分布愈来愈不均匀,等效应变分布愈来愈均匀,轧件中部的等效应变增大,轧制力、轧制力矩逐渐减小。     

双辊驱动大型筒节轧机力能参数计算及影响因素分析

以大型筒节轧机为研究对象,该筒节轧机驱动方式区别于常规轧环机,采用双辊驱动。基于滑移线法建立了大型筒节轧制力能参数模型,重点研究了筒节轧机设备参数和工艺参数的影响。研究结果表明,轧制压力和轧制力矩随环件的平均半径的增大而减小;随进给速度的增加,轧制压力逐渐增大,轧制力矩先缓慢增加然后减小;随上辊直径的增加,轧制压力和轧制力矩增大;随着摩擦系数的增加,轧制压力逐渐增加,轧制力矩逐渐增大。所得结论对于大型环件轧机设备设计和轧制工艺规程的制定具有重要作用。     

挤压工艺参数对挤压过程影响规律的仿真模拟研究

研究对象是某6063工业铝型材,将建立好的三维模型导入到有限元Altair Hyperxtrude分析软件进行仿真模拟,通过改变型材挤压工艺参数（挤压比、棒料预热温度、模具预热温度、挤压筒预热温度、挤压速度）,研究其对金属流动的规律,基于直交表Taguchi方法分析各挤压工艺参数对型材截面速度分布和挤压力的影响规律.结果表明:对于型材截面流动均匀程度指标参数,最佳挤压参数为挤压棒料外径205 mm、挤压垫速度3.2 mm/s、棒料预先加热温度480 ℃、挤压模具预先加热温度470 ℃、挤压筒预先加热温度440 ℃;对于挤压力指标参数,棒料外径200 mm、挤压垫速度1.4 mm/s、棒料预先加热温度490 ℃,挤压模具预先加热温度480 ℃、挤压筒预先加热温度460 ℃.      

38MnB5热成形钢高温变形行为及本构方程

利用Gleeble-3500热模拟试验机对38MnB5热成形钢的高温变形行为进行研究, 分别在650~950℃温度区间内, 以0.01、0.1、1和10 s-1的应变速率对其进行等温单向拉伸测试, 并得到相应条件下的真应力-应变曲线.结果表明: 38MnB5热成形钢流变应力随着变形温度的升高而减小, 随着应变速率的增大而增大.当应变速率逐渐增加时, 热变形时发生的动态回复和动态再结晶效果并不显著, 而当温度逐渐升高时, 二者作用逐渐加强.考虑了温度、应变速率和应变的综合复杂影响, 建立38MnB5热成形钢高温下的本构方程.此本构方程通过对流变应力、应变、应变速率等实验数据的回归分析, 得到与变形温度、应变速率和应变相关的材料参数多项式.计算结果与实验结果对比发现, 通过本构方程所获得的计算值与试验值吻合良好.      

预应变与烘烤温度对低碳钢和双相钢组织性能的影响

研究了预应变和烘烤温度对低碳钢和双相钢微观组织演变和烘烤硬化性能的影响。将低碳钢和双相钢加热至800℃保温90 s后再缓冷至680℃,随即快速冷却至300℃进行过时效处理以模拟连续退火工艺,最终分别获得铁素体—渗碳体和铁素体—马氏体组织,然后进行预应变和烘烤处理以测量其BH值。结果表明,对于低碳钢,在0%～8%范围内,随着预应变增加,BH值明显提高;预应变为8%时,BH值达到最大值65 MPa。对于双相钢,随着预应变增加,BH值先提高后降低;预应变为1%时,BH值达到最大值79 MPa。在140～300℃范围内,随着烘烤温度提高,在铁素体中形成的Cottrell气团和碳化物数量增加,低碳钢和双相钢的BH值均明显提高;烘烤温度为300℃时,低碳钢和双相钢BH值分别达到最大值71 MPa和148 MPa。对于低碳钢,烘烤后拉伸曲线均出现明显的屈服平台。对于双相钢,在140～170℃范围内,烘烤后工程应力—应变曲线仍保持连续屈服状态;在210～300℃范围内,烘烤后拉伸曲线均出现明显的屈服平台。     

有限元分析锥台转角对镁合金板材成形性的影响

采用锥台剪切变形新工艺制备镁合金板材,通过DEFORM-3D软件进行有限元模拟仿真,分析了锥台转角对锥台剪切变形镁合金板材成形性的影响,数值模拟了105°,120°,135°和150°4种不同锥台转角的模具对挤压镁合金板材的平均应力、等效应变、金属流速的影响规律。研究结果表明:不同锥台转角对挤压板材成形性能有着显著影响。当锥台转角逐渐增加时,锥台转角为120°的挤压模具,挤压后板材上拉应力出现的比例最小。随着锥台转角的增大,挤压后板材的等效应变随之减小,由2.63减小至1.88,但在锥台转角为120°时等效应变分布相对其他锥台转角较均匀。增加锥台转角,金属流速在120°时相对均匀,其不均匀程度参数值为0.007。此外,实验验证了锥台转角为120°时,锥台剪切变形镁合金板材表现出优越的成形性。     

34CrMoV结构钢动态再结晶行为研究

应用Gleeble-1500热模拟实验机进行等温压缩试验,研究了变形工艺参数对34CrMoV结构钢动态再结晶行为的影响.结果表明,其流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大;随着应变速率的降低,应变量的增加和变形温度的升高,动态再结晶速度加快且奥氏体晶粒得到细化.     

基于数值模拟的某飞机旅客观察窗窗框模锻成型工艺研究

采数值模拟仿真技术研究了某飞机旅客观察窗窗框模锻成型温度场、应变场、速度场等物理场量的分布规律及变化。研究结果表明,坯料在变形的初始阶段金属流动受到阻力较小,坯料与模具接触部分温度下降速度较快,此时坯料变形及应力值也较小;随着模具下压,金属填充受到的阻力越来越大,坯料腹板两侧的温降速度开始下降,与中间筋条部分基本保持一致,坯料整体的等效应变及应力逐渐增大。锻件成型最大载荷为8560t。     

GCr15 轴承钢 250 mm x 280 mm 铸坯至 138 mm x 150 mm坯粗轧数值模拟及工艺优化

生产Φ50～75 mm的GCr15轴承钢时,轧后棒材存在中心疏松缺陷。通过数值模拟研究,观察棒材心部等效应变的渗透情况,并对粗轧孔型工艺进行优化,将优化前一二道次的压下量从21 mm、58 mm分别增加到51 mm、85 mm,第三道次的压下量从60 mm减小到34 mm。等效应变值随着道次的增加,呈逐渐增大趋势,棒材中的拉应力在经工艺优化后变为压应力,变形均匀度也得到提升,促进了铸坯心部的变形,有利于中心孔洞的压合。工艺优化后轴承钢的探伤合格率由原93.25%提高到96.06%。     

平均载荷及载荷幅值对工业纯钛双轴保载疲劳行为影响

通过室温双轴保载疲劳试验，研究了不同平均载荷及载荷幅值对工业纯钛双轴保载疲劳行为的影响。结果表明，在相同保载时间下，平均应变及应变速率随着平均载荷和载荷幅值的升高而逐渐增大。当载荷幅值一定时，蠕变应变随着平均载荷的增大而增大，当平均载荷一定时，蠕变应变随着载荷幅值的增大反而减小。分析双轴棘轮与蠕变应变之间交互作用时，发现两者始终相互制约。断口分析表明，随着平均载荷和载荷幅值的增大，疲劳条带特征逐渐消失，韧窝及撕裂棱数量显著增加，断口呈现韧性失效特征。随着平均载荷或载荷幅值的增加，等效应变幅值增加，疲劳寿命逐渐降低。与平均载荷的影响相比，疲劳寿命对载荷幅值的变化更加敏感。分别利用最大主应变、最大剪应变、Mises等效应变、最大主应力及SWT模型进行双轴保载疲劳寿命预测，其中SWT模型预测精度最高。