基于Deform的金属锻造过程的晶粒度分析研究

晶粒细化是控制金属材料组织的最重要、最基本的方法.本文利用Deform软件对船用大型长轴类锻件的锻造过程进行数值模拟,改变锻打方法,分析晶粒细化的变化趋势.模拟结果表明:随着接砧量的增加,晶粒尺寸变小;随着压下率的增大,晶粒尺寸先减小后增大,当压下率为12.5％时,晶粒尺寸趋于最小.因此,通过改进锻打工艺可以有效促进大型锻件的晶粒细化,提高锻件质量.     

基于微观组织演变模拟的大型饼类锻件质量控制

通过有限元模拟软件DEFORM-3D对大型饼类锻件的锻造工艺及锻造过程中微观组织的演变进行了模拟,分析了微观组织演变与可控工艺因素间的变化规律.结果表明,大型饼类锻件热锻过程中内凹球面镦板镦粗较平板镦粗晶粒细化效果好,动态再结晶体积分数高达62.7%;压下率对微观组织的变化影响较大,镦粗完毕晶粒度达到134μm,拔长过程压下率大于15%大型锻件才发生动态再结晶,且晶粒尺寸变化幅度较小、分布均匀.研究宏观_亡艺参数与微观组织演变的规律对于大型饼类锻件的质量控制有实际指导意义.     

基于动态再结晶仿真的40Cr轴锻件锻透性研究

合理的拔长工艺可有效利用动态再结晶机制对大型轴类锻件充分改性.建立宏微观耦合仿真模型,对Φ300 mm×4000 mm的轴锻件的拔长过程进行数值模拟,综合考虑了变形、热传导、变形生热、摩擦生热、动态再结晶等多个因素.分析发现在下压的第2圈即累计压下率约为9%时,材料达到了临界应变条件而发生动态再结晶;随着压下率的增加,动态再结晶体积分数升高;当压下率达到约30%时,随材料心部有67%的区域充分改性;拔长后约60%的区域动态再结晶晶粒尺寸低于100μm,晶粒细化.     

大型饼形锻件成形工艺研究

采用“镦粗”和“镦粗＋旋转压下”两种工艺方案完成了大型饼形锻件成形过程的数值模拟。模拟结果显示在镦粗工序后,采用双面旋转压下方式完成最终饼形锻件成形可以增加锻件上、下端面附近的变形量,缩小刚性变形区范围,有利于锻件内部晶粒细化,从而提高饼形锻件调质后的性能。     

SDP1塑料模具钢锻造过程组织演变的数值模拟

为改善SDP1塑料模具钢锻造过程中的粗晶问题，利用Deform软件建立了SDP1塑料模具钢锻造过程中的组织演变模型，通过有限元模拟以及元胞自动机的方法研究了不同工艺参数以及两镦两拔工艺对锻造过程中组织演变的影响。结果表明：锻造温度为1100℃时，锻件内部晶粒细小均匀，动态再结晶和晶粒长大的影响达到平衡，平均晶粒尺寸保持在40～50μm;随着压下量和压下速度的增加，晶粒细化显著，但过大易使锻件损坏；送给量为50%～60%时拔长效果最佳，满足拔长效率和晶粒尺寸的要求；经过两镦两拔处理后，锻件整体的平均晶粒尺寸为5～20μm,说明两镦两拔工艺能够有效地细化晶粒尺寸。所得结果对于SDP1塑料模具钢的实际生产具有一定的指导意义。     

石油管道阀体大锻件晶粒尺寸的数值模拟及实验研究

通过DEFORM-3D三维模拟软件,模拟了石油管道阀体大锻件锤上热模锻成形过程。利用相应的微观组织模型,分析了不同始锻温度对阀体锻件晶粒尺寸的影响,并探讨了阀体锻件成形的晶粒细化机理,同时对晶粒尺寸进行了预测。模拟结果表明:始锻温度为1150和1200℃的阀体大锻件的晶粒细化程度要优于始锻温度为1100℃的阀体大锻件的晶粒细化程度;当初始锻造温度为1150℃时,晶粒细化效果最好,整体锻件平均晶粒尺寸为46.2μm;当初始锻造温度为1200℃时,锻件晶粒发生局部粗化的现象。经生产验证:通过改进始锻温度参数,可以实现晶粒进一步的细化,从而使得产品的机械性能及使用性能提高。     

TC6合金叶片预锻过程中微观组织的数值模拟

根据实验数据建立了TC6钛合金的动态再结晶模型,并对大型模拟软件Deform进行了二次开发,使其具有微观组织预测功能。通过对圆柱体的镦粗模拟验证了Deform软件二次开发后的的可靠性。采用二次开发后的软件,对叶片的预锻成形过程进行了数值模拟,分析了不同变形温度和变形速度对叶片预锻成形时晶粒尺寸及分布的影响。模拟结果表明,随着变形温度的升高,锻件主要变形区的平均晶粒尺寸略有增大,晶粒间晶粒尺寸的差别缩小,晶粒分布比较均匀;随着变形速度的增大,平均晶粒尺寸的分布越来越不均匀。因此,在合适的变形温度及变形速度下能够使锻件获得良好的综合机械性能。     

TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形微观组织演化研究

基于DEFORM-3D有限元平台建立了TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形过程的有限元模型,研究了成形参数对预锻成形过程中变形体组织演化和等轴α相晶粒尺寸的影响规律。结果表明:随着变形的进行,等轴α相晶粒发生细化;在950～980℃范围内变形时,随着变形温度的升高,初生α相晶粒尺寸逐渐增大,在980℃条件下变形时,预锻件整体范围内晶粒尺寸波动较大;随着变形速率的增加,初生α相晶粒尺寸减小;在0.5和1.0mm/s条件下成形时,温度对晶粒尺寸影响比较小,而在0.1mm/s条件下变形时,随着温度的升高,晶粒长大比较严重;随摩擦因子的增大,平均晶粒尺寸有所减小,整个锻件晶粒尺寸分布的不均匀性增加。     

冷轧压下率和平整伸长率对低碳钢退火板组织性能的影响

研究了冷轧压下率和平整伸长率对低碳钢退火板组织性能的影响。结果表明,在相同的退火工艺下,提高冷轧压下率能有效减小铁素体晶粒尺寸,晶粒的细化不仅提高了屈服强度和屈强比,而且还增大了屈服平台伸长率。通过Hall-Petch和Hollomon方程分别建立了试验钢屈服强度与晶粒尺寸,以及屈服平台伸长率与晶粒尺寸之间的定量关系。随着平整伸长率的提高,屈服强度先减小后增大,而抗拉强度变化不明显。采用1.5%平整伸长率不仅可以消除7.2%屈服平台,并能使试验钢保持最低的屈服强度和屈强比。     

大型锻件心部空洞型缺陷控制的数值模拟研究

为在锻造过程中消除大型锻件心部的空洞型缺陷,采用数值模拟和实验研究方法对大型圆柱体锻件内部空洞的闭合规律进行研究。以锻件高径比、压下率和空洞位置为试验因素设计正交试验,运用商业软件Deform-3D对试验方案进行数值模拟,分析各因素对空洞闭合的影响效应。研究结果表明:压下率是影响空洞闭合的主要因素,其次是空洞位置和锻件高径比;锻件高径比为1时空洞最易闭合;空洞的闭合度随着压下率的增加而增加;空洞位置在锻件高度方向距中心越近越易闭合。     

中间退火与冷轧压下率对3003铝合金组织及抗下垂性能的影响

采用光学金相显微镜、电子万能力学试验机、抗下垂试验等测试手段,研究了中间退火、冷轧压下率对3003铝合金薄板和箔材组织及钎焊抗下垂性能的影响。结果表明:3003铝合金H14态薄板的再结晶晶粒尺寸明显大于H18态薄板的再结晶晶粒,且350℃以上温度退火,强度变化不大;冷轧压下率较小时,随着压下率增加晶粒尺寸迅速减小,压下率40%以上时,随着变形量增加,再结晶晶粒尺寸减幅不大; 3003铝合金箔材钎焊后的晶粒尺寸随压下率的减小而显著增大,冷轧压下率为20%～25%时抗钎焊下垂性能最佳。     

高强度海工钢特厚板差温轧制工艺

针对特厚板轧制后组织和变形分布不均匀问题，研究了差温轧制工艺对高强度海工钢特厚板变形和组织的影响规律。基于修正后的Gleeble热压缩试验数据构建了海工钢的材料模型，并对有限元软件进行了二次开发。采用冷却和轧制耦合的方法对差温轧制过程进行了模拟，研究了压下率和换热系数对特厚板厚度方向变形行为与动态再结晶晶粒尺寸的影响，并与传统等温轧制进行了对比。结果表明，随着换热系数的增大，钢板厚度方向的温度梯度逐渐增大，表层的等效应变逐渐减小，心部的等效应变逐渐增大，厚度方向的变形更加均匀。压下率越大，差温轧制对促进心部变形的效果越显著。差温轧制能够显著细化动态再结晶晶粒尺寸，换热系数越大，钢板整体的平均动态再结晶晶粒尺寸越小。     

超声对7050铝合金凝固组织影响的数值模拟

采用Procast-CAFE模块,建立了7050铝合金形核和晶粒生长的数学模型,模拟了7050铝合金在不同功率超声作用下组织的演化过程。结果表明,随着超声功率增大,熔体形核率增大,晶粒细化效果更好,组织分布更均匀,平均晶粒尺寸更小。模拟结果与试验结果符合。     

AZ31镁合金大压下率轧制条件下组织与性能

热轧态AZ31镁合金板材进行单道次大变形异步轧制,对轧制后的镁合金板材进行显微组织、力学性能分析。研究结果表明,随着压下率的增大,板材的晶粒得到显著细化,压下率为36.4%时,晶粒从10.9μm细化至3.8μm。随着晶粒的细化,抗拉强度逐渐提高,伸长率则呈线性下降,含有较多孪晶时,合金在变形时容易在材料内部形成裂纹源,使塑性降低。     

Ti6Al4V合金切削过程微观组织演化分析

针对切削钛合金(Ti6Al4V)在高温、高应变率的过程中发生微观组织的变化,进一步地探究切削参数和材料多物理场对钛合金切削过程晶粒细化及规律的影响,采用数值模拟与实验相结合的方法来研究钛合金切削过程中的有限元建模和微观组织演变过程。结果表明:所建立的基于Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov模型的有限元仿真模型具有好的可信性,可用于探索加工过程中的微观组织演变和材料多物理场对晶粒细化的规律,预测主切削力、切屑形貌尺寸与实验结果对比的平均相对误差分别约为7%、8%,晶粒细化主要发生在第一变形区和第二变形区,已加工表面晶粒细化程度相对较弱,随着切削速度的不断增大,切屑和已加工表面的平均晶粒尺寸增大,而随着进给量的不断增大则平均晶粒尺寸减小,切屑平均晶粒尺寸明显小于已加工表面,切屑剪切区晶粒细化最明显,应变速率对切削加工过程中切屑和已加工表面的晶粒细化起主导作用。     

退火后Q345钢板冷轧压下率与力学性能的关系

研究了退火后建筑结构Q345钢板冷轧压下率与力学性能的关系。结果表明:当冷轧压下率为60%、70%和80%时,冷轧压下率对试件的综合力学性能的影响不是特别明显,总体力学性能良好。随着压下率的不断增加,晶粒尺寸逐渐变小,组织结构得到不断的细化,试件经再结晶退火后组织特性被遗传了下来。     

不同冷轧压下率对无取向发电机硅钢组织及性能的影响

利用金相显微镜、X-射线衍射仪、TYU-2000A交流软磁材料磁性能测试仪研究了不同冷轧压下率对无取向硅钢组织及性能的影响。结果表明:随着冷轧压下率的增加,晶粒尺寸越来越小,组织越来越不均匀;随着冷轧压下率的增大,织构不断恶化,主要原因是(111)面织构明显增加,(100)和(110)面织构有一定的降低;随着冷轧压下率的增大,铁损明显降低,磁感应强度略有降低。     

7075铝合金热轧工艺研究

通过热轧方式制备了7075铝合金板材,研究了不同压下率对其宏观形貌和显微组织的影响,分析了轧制过程中出现的缺陷。结果表明:在宏观形貌上,随着压下率的增大,7075铝合金板材会逐渐出现并加大弯曲、边裂等缺陷。在平行于轧制方向,随着压下率的增加,原始等轴晶沿轧制方向逐渐延伸,压下率越大,晶粒伸长的程度也越大;垂直于轧制方向,随着压下率的增加,晶粒逐渐细化并有一定程度的拉长,但轧制作用并没有明显改变晶粒形状。轧制过程中轧件出现的缺陷有:"张嘴"、边裂和变形。     

中碳Cr-Mo钢温轧压下率对组织演变的影响

对中碳Cr-Mo钢在600℃进行了不同压下率的温轧,研究了压下率对组织演变的影响。结果表明,随着压下率的增加,大部分初始片层状渗碳体发生了弯折与溶断。当压下率由80%增大到90%时,铁素体平均晶粒尺寸先减小后增大;当压下率为85%时,小角度晶界所占比例为41.4%,其值小于压下率为80%的48.4%和压下率为90%的49.8%。     

大型筒节2.25Cr-1Mo-0.25V钢的组织遗传及轧后冷却控制

根据大型筒节的轧制和轧后冷却模型,模拟大型筒节轧制截面的应变率和轧后冷却速度曲线;结合Gleeble-3800对金属小试样2.25Cr-1Mo-0.25V钢进行了热压缩模拟实验,得出了多道次压缩的流变应力曲线;分析了小试样热变形后不同冷却方式对其组织形貌的影响和对后期正火晶粒细化的作用。结果表明,2.25Cr-1Mo-0.25V钢轧制过程心部大部分区域温度不变;轧制压下率低,心部应变率不足10%;道次间歇时间长,静态软化率高达95%,奥氏体晶粒回复长大;轧后空冷过程心部冷却速度缓慢,冷却后基体主要为粒状珠光体组织,经后期热处理晶粒不易细化,是造成组织遗传的主要原因;增大轧后冷却速度和降低冷却转变温度有利于后期热处理晶粒细化,采用喷淋-空冷联合冷却能充分利用大型筒节的轧后余热,冷却过程热应力较小,有利于促进后期热处理组织细化。