超声滚压微锻造增材件表面力学性能

增材制造Ti-6Al-4V钛合金构件时，易出现裂纹、表面粗糙度大等缺陷.为了解决这一问题，将应用于表面强化处理的超声滚压微锻造工艺与增材制造过程相结合，通过有限元软件模拟了激光熔丝增材制造及冷却过程，并分析了超声滚压微锻造加工对增材件表面力学性能的影响.结果表明：在经过超声滚压微锻造加工后，增材件残余应力由拉应力转变为较大的压应力，有效降低了增材件产生裂纹等缺陷的风险，同时，加工后的增材件表面等效塑性应变增大，表面显微硬度提高，且超声滚压微锻造加工对滚压头接触区域影响最大.     

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.     

TC4钛合金超声微锻造强化机理及数值模拟

为进一步研究超声微锻造强化工艺加工机理及加工后材料表面,以TC4钛合金的超声微锻造强化加工为研究对象,使用基于Boussinesq解及DC-FFT算法的半解析法(SAM),建立了加工过程中载荷加载的数学模型并进行求解,分析讨论其加工机理.同时建立有限元模型,对完整加工过程进行有限元分析,验证半解析结果,并与传统滚压光整强化加工进行对比.研究表明,超声微锻造加工后的表面能够形成一定深度的残余压应力层以及塑性变形强化层,相较于传统滚压光整强化,具有更好的表面强化效果.     

实心锤头径向锻造压应力分析

为了研究径向锻造工件内部压应力产生的工艺条件,采用DEFORM 3D有限元软件对GFM精锻机SXP-65实心锤头的径向锻造过程进行数值模拟.通过改变压下量和拉打速度得到主要模拟结果为:实心锤头径向锻造锻件心部应力为压应力;当相对压下率和拉打速度小于特定值时,锻件心部受两向压应力;而当相对压下率和拉打速度大于一定的条件时,锻件心部再受轴向压应力,即心部受三向压应力;并得到了不同拉打速度下的相对压下率的参考值,对于制定合理的锻造制度具有参考价值.     

激光增材制造氧化铝陶瓷的形貌特征及其缺陷

通过激光增材制造技术对氧化铝陶瓷材料进行成形试验,并利用光学金相显微镜观察成形结构体的微小微观组织及其缺陷,研究了激光功率对激光增材制造成形结构体形貌及其内部缺陷的影响规律。试验结果表明:采用激光增材制造技术可以实现氧化铝陶瓷材料的成形制造,但在成形结构体内部会出现一定数量的缺陷,以微裂纹和微小孔隙最为显著。随着激光功率的增大,成形结构体内部微裂纹缺陷无论是数量还是长度均呈现持续增大趋势,且微裂纹多为冷裂纹,与沉积方向有一定夹角。     

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。     

激光相变热处理对TC４电子束焊缝残余应力的影响

利用CO２激光相变热处理技术对TC４钛合金电子束焊缝进行了处理,研究了激光功率、光斑直径、 辅助气体等激光工艺参数对电子束焊缝残余应力分布的影响。实验结果表明,激光相变热处理改善了焊缝残余 应力的分布,使焊缝表面残余应力由拉应力转变为压应力,其压应力值随着激光功率的增加而增大,随着激光 光斑直径的减小而增加;辅助气体为O２时残余压应力值比辅助气体为N２大３０～４０MPa,激光相变热处理显著 提高了TC４钛合金电子束焊缝的残余压应力及其使用寿命。     

钛合金激光熔丝增材制造的温度场与应力场模拟

激光熔丝增材成形过程中复杂热循环和残余应力分布会使沉积层产生较大的变形甚至开裂.利用ABAQUS软件建立其完全热力耦合有限元模型,采用移动热源子程序模拟激光加载,生死单元技术模拟材料的添加.综合考虑了材料的熔化潜热、对流/辐射换热边界条件、随温度变化的材料非线性等问题,研究Ti-6Al-4V 钛合金单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性和残余应力分布.结果表明:沉积成形经历了快速加热、快速冷却的过程,随着层数的增加,热累积效应增强;沉积层整体呈拉应力状态,易产生裂纹等缺陷.     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8％.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8%.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.     

GH4169合金环锻件残余应力超声检测

GH4169合金环锻件在新型航空和航天发动机中起着重要作用,残余应力对机械制造过程有着重要的影响。对GH4169制压气机四级盘的整体应力分布进行了超声临界折射纵波(longitudinal critical refracted wave,LCR波)测量,并将该应力分布情况与仿真模拟应力结构图进行对比,结果基本一致,验证了超声LCR波应力检测的准确性。结论表示该类环锻件模锻后存在较大的周向拉应力,该应力的存在会导致该零件的疲劳强度大幅度降低,使用寿命大幅度减少。针对该类问题,通过超声LCR波测量该GH4169制压气机盘喷丸前后应力的变化,试验结果可知,喷丸强化会重塑GH4169环锻件残余应力场,降低其周向拉应力,其行为会有效提高该零件的疲劳强度和使用寿命。超声检测结果误差在10%以内,验证了GH4169环锻件超声LCR波法检测的实用性与可靠性。     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

AZ31镁合金热轧开坯变形行为的有限元模拟

采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对半连续铸造AZ31镁合金热轧开坯过程第一道次进行模拟,分析变形区内轧件的应力场、应变场的分布及整个热轧过程中的温度场的变化规律.实验结果表明:在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值54.1 MPa,随后又逐渐减小;靠近轧件表层σ_x为压应力,靠近心部为拉应力,在变形区σ_y主要为压应力,由表面到中心σ_y逐渐减小;等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值0.253;在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化剧烈,轧制完成后,表面温度从500℃降低到467℃,中部温度从500℃升高到503.1℃,心部温度从500℃升高到502.2℃.     

Preliminary study on theory and experiment of photo-mechanics manufacturing based on laser thermal stress

Mechanics effect of laser thermal stress is a new manufacturing technology, which uses thermal stress by high power laser acted on the surface of metal material to produce stress field. The technologies such as sheet metal formation by laser thermal stress, measurement by laser scratching and measurement by XRD （ X-ray diffraction ） are formed based on mechanics effects of laser thermal stress. The mechanisms of sheet metal formation by laser thermal stress, measurement by laser scratching and measurement by XRD are analyzed, and the theory of photo-mechanics manufacturing and detecting technologies based on laser thermal stress is originally put forward, whose experiment is primitively researched, and the manufacturing theory by mechanics effects of laser thermal stress is established.     

激光超声的铝板缺陷可视化检测方法

为了提高激光超声检测铝板缺陷的最大振幅超声波C扫描图像的质量并精确识别缺陷大小,在算法上,提出滤波和差分相结合的数据处理方法;在实验上分别用不同频率不同角度的超声换能器对铝板缺陷扫描激励检测确定最优检测参数.实验结果表明:超声换能器与铝板之间90°倾角耦合时虽然可以有效识别表面缺陷,但45°倾角耦合时,超声换能器对铝板...     

冷轧薄带钢工作辊边部接触研究

为研究工作辊接触对冷轧带钢生产的影响,用影响函数法建立模型,并用现场生产数据模拟计算了四辊轧机的辊系变形.通过计算得到的接触压力、带钢厚度、张应力等分布数据分析了冷轧薄带时发生工作辊接触现象对轧制压力、出口厚度、出口张应力以及板形等的影响.结果表明,工作辊接触使带钢边部轧制压力降低,工作辊与支撑辊间接触压力增大.工作辊接触使带钢凸度和横向厚差减小,对降低边部减薄有利;使出口张应力分布更加均匀,减小了边浪,提高了带钢的平直度.     

镍基合金激光快速成形裂纹控制技术

裂纹控制技术是镍基合金激光快速成形技术广泛应用和进一步工业化的关键.从熔覆层金相组织、物相组成、残余应力、宏观形貌和断口观察等角度分析了Ni60合金激光快速成形裂纹形成的原因,提出了相应的裂纹控制策略.研究表明:Ni60合金的激光快速成形裂纹主要是由于硬脆相引起的熔覆层低延性及残余内应力导致的脆性冷裂纹.通过调整合金成分,优化工艺参数,以及引入超声振动等措施,可以改善镍基合金激光快速成形组织,提高塑韧性,降低残余内应力,从而降低裂纹敏感性,减少或消除裂纹.