基于3D CA的AZ31镁合金动态再结晶行为研究

本文建立了三维元胞自动机(3D-CA)模型,通过热压缩试验和电子背散射衍表征技术(EBSD),对AZ31镁合金在热变形过程中的微观组织演化规律进行可视化和定量预测。根据试验得出的真应力-应变曲线,确定了3D-CA模型参数在试验条件下的取值,建立了模型参数与变形条件(应变、变形温度和应变速率)之间的关系。利用所建立的3D-CA模型,对AZ31镁合金在热变形过程中的流动行为和微观组织演化进行模拟和讨论。结果表明:再结晶体积分数随着应变的增大而增加,随着变形温度的增大或应变速率降低而增大,提高应变速率或降低温度可以细化再结晶晶粒。模拟结果与实验结果吻合较好,相对误差值在4.5%-16.2%之间,所建立的3D-CA模型能够较准确地预测镁合金AZ31的微观组织演化。     

UNS N06625镍基合金管坯热扩孔工艺研究

采用FEM方法对高温镍基合金UNS N06625管坯优化前后的扩孔工艺进行了模拟,分析了扩孔锥与管坯喇叭口不同配合下的金属流动和位移特点,探讨了扩孔过程中管坯上端开裂的原因。采用SMS 20MN立式扩孔机完成UNS N06625管坯的热扩孔生产试验,实际生产结果较好地验证了模拟结果。结果表明,管坯喇叭口由准125 mm×33.5°优化为准125 mm×19°,有利于改善扩孔导致的管坯上端开裂缺陷。     

温度对单晶镁拉伸性能影响的分子动力学研究

本研究主要运用分子动力学的模拟方法,研究了拉伸速率为10~(10) s~(-1)下温度对于单晶镁性能的影响,并对结果进行应力应变分析,势能应变分析,共近邻分析,位错密度分析等。结果表明:随着温度的升高,单晶镁的抗拉强度峰值降低,各峰值点对应的应变值随着温度的升高逐渐减小;在应力峰值出现前hcp首先转化成Other结构且没有位错产生,在应力峰值过后fcc,bcc结构出现,同时产生位错,其中位错主要为1/31100位错和未知结构位错,对应的晶体结构的转化与位错的产生大约滞后应力峰值点0.5%的应变值,并且温度对于滞后值的影响不大,晶体结构的转化和位错的产生也随着温度的升高提前发生。     

基于压扁实验导致焊管开裂的原因分析

从实验设备、材料质量、人员操作等方面对焊接钢管在压扁实验中产生开裂的因素进行了分析,得出焊管在压扁实验中产生开裂的主要原因,并提出了对开裂问题的处理策略,为进一步提高焊接钢管质量提供了理论参考。     

皮尔格冷轧无缝钢管成形过程组织演变过程研究

皮尔格冷轧技术作为冷轧无缝金属管材最主要的技术手段,具有材料利用率高、截面累积变形量大及加工精度高等特点,以LG-60皮尔格冷轧管机轧制304不锈钢为研究对象建立数值仿真模型,分析不同轧制工艺参数对皮尔格冷轧成形的影响规律。结合轧制实验,截取管材不同的变形段利用金相显微镜、扫描电镜以及X射线衍射仪分析研究了皮尔格冷轧过程中钢管组织演变规律,结果表明：本文所使用工艺参数条件均可以满足管材的塑性变形要求,但在轧制过程中极有可能形成裂纹或其他缺陷。因此通过对皮尔格冷轧仿真过程中轧制力、管材等效应力、残余应力以及外径回弹量等关键参数分析,获得基于送进量、回转角和Q值最优工艺参数,同时,发现轧制过程中随着变形量的增大,试样内部产生了大量位错,晶粒发生了碎化,晶粒尺寸减小,轧制过程中有奥氏体γ相转变为α''-马氏体相。     

一种改进的Lemaitre断裂准则及其在弯曲成形裂纹预测中的应用

针对弯曲成形中的裂纹缺陷,应用Lemaitre韧性断裂准则,同时考虑应力三轴度,最大主应力比,以及塑性应变对损伤的影响,对Lemaitre准则进行改进,有效预测了弯曲成形中金属板料的成形极限。以7075-T6铝合金为研究对象,模拟得到该合金板材的裂纹产生条件,获取改进的Lemaitre准则材料参数,确定破裂阈值。对6 mm厚7075-T6铝合金板材进行三点弯曲实验,并观察其金相组织。对其产生裂纹时的压下量与断裂准则所得的理论压下量进行比较,验证了改进后断裂准则对裂纹预测的准确性。通过对比产生裂纹时的压下量,结果表明,改进后的Lemaitre断裂准则所得理论压下量为9.7 mm,与模拟和实验结果一致,证明改进后的Lemaitre准则对弯曲成形裂纹预测具有一定的准确性。     

皮尔格热轧双层复合管制坯过盈量的仿真研究

为了研究皮尔格热轧双层复合管内外管坯的配合问题,本文对皮尔格热轧45钢与316不锈钢复合管坯进行了数值仿真,通过计算得出复合管制坯中的最佳过盈量为114～163μm。分析研究了过盈量对皮尔格热轧复合管坯的金属流动、内外层壁厚变化、内外管及复合层等效应力分布的影响。结果表明:合适的过盈量使轧制过程中内外管复合层始终没有发生相对滑移,保证了内外层金属在周向、轧制方向流动以及应力分布上的连续性。     

皮尔格冷轧304不锈钢管组织及性能研究

通过皮尔格轧制实验和数值仿真技术相结合的方法对304不锈钢管成形过程进行研究,借助金相显微镜与拉伸实验,重点分析304不锈钢管成形过程中组织演变及力学性能的变化规律。结果表明:成形时管材上任意点处的金属流动方向处于不断变化的过程,晶粒内部流线呈无规则分布;内壁所受的等效应力要大于外壁所受的等效应力,内壁组织剪切滑移带更为明显,变形程度更加剧烈,轧制过程中发生碎化,钢管平均晶粒尺寸减小;钢管在轧制过程中维式硬度值不断增大,由轧前的236 HV增加到403 HV,且屈服强度和抗拉强度也随着轧制的进行而增大,分别由轧前的352和794 MPa提高至轧后的745和1209 MPa。     

TC4钛合金Y型材热挤压成形工艺优化及组织演变

采用控制单一变量法设计型材挤压试验,通过DEFORM-3D有限元软件模拟分析不同挤压模角、挤压温度和挤压速度对热挤压成形过程中金属流动、等效应力、等效应变及最大挤压力的影响。模拟结果表明,当选择挤压模角45°、挤压温度1050℃和挤压速度120mm·s^-1时,TC4钛合金Y型材挤压变形过程中的挤压力最小且产品表面质量最好。基于模拟结果,对钛合金Y型材进行挤压工艺试验并观察挤出产品的金相组织。试验结果表明,在挤压模角、温度和速度选择合理的情况下,可以挤出表面、平直度、尺寸等合格质量的TC4钛合金Y型材且挤压后微观组织得到了细化。     

基于元胞自动机的三维晶粒生长动力学研究

本文基于热力学转换机制和能量跃迁原理,采用Metropolis算法改进的元胞自动机模型,对AZ31镁合金三维晶粒长大过程进行仿真研究,并对其晶粒尺寸与晶粒长大动力学进行统计分析。仿真结果表明:采用改进转变规则后的元胞自动机模型更加接近于实际三维晶粒的正常长大过程。在模拟过程中,系统总自由能降低,不同时刻晶粒尺寸均呈现正态分布。晶粒直径与平均晶粒直径的比值R/Rm≈1.0的晶粒分布最多,满足晶粒演变最小能量准则。分析晶粒长大动力学可知,三维晶粒长大遵循晶粒演变过程中平均晶粒尺寸随时间变化的关系,晶粒长大指数为0.47941,非常接近于理论值0.5。通过实验对AZ31镁合金保温过程中晶粒尺寸变化规律进行研究,进一步验证了本文建立的三维元胞自动机模型的可靠性与准确性。