低活化马氏体钢热变形行为及机理型本构建模研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了低活化马氏体钢在变形温度为850～950 ℃、应变速率为0.001～1 s^-1条件下的热变形行为。建立了流变应力本构方程，并评估了该方程的预测能力。绘制了低活化马氏体钢在不同应变下的热加工图。结果表明：在较高的应变速率条件下，该材料主要发生动态回复，在较高变形温度和较低应变速率下具有明显的动态再结晶特征；本构方程的预测结果与实验结果符合良好；变形温度870～930 ℃、应变速率0.001～0.01 s^-1和变形温度920～950 ℃、应变速率0.3～1 s^-1分别是真应变为0.4和0.6下最优的热加工区域。     

钛单晶纳米柱拉压不对称性的分子动力学模拟

本文基于分子动力学模拟,通过研究钛单晶纳米柱在拉伸和压缩下的力学响应特征及晶体结构演化行为,揭示其塑性变形机制。结果表明沿[0001]晶向拉伸条件下主要塑性变形机制为伴生的{101 ?2}孪晶和基面层错;而沿[0001]晶向压缩条件下,基面位错作为优先形核的缺陷参与到塑性变形过程,随后锥面位错出现并协调了轴向和横向变形,压缩条件下无孪晶产生。拉伸模拟过程中观察到一种有别于传统孪生的晶体再取向现象,其孪晶与基体间呈现基面/柱面对应关系。     

时效制度对新型Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用X射线衍射、金相和扫描电镜等手段,结合力学性能检测和电导率测定,研究了单级时效和双级时效处理对铸态新型Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织和综合性能的影响。结果表明:随时效温度的升高和时效时间的延长,晶粒尺寸缓慢增大,电导率逐渐增加。铸态新型Al-Zn-Mg-Cu合金最佳的单级时效工艺为135 ℃×12 h,此时合金的硬度为231.8 HV0.2、抗拉强度为568 MPa、伸长率为2.8%、电导率为33.7%IACS;最佳的第二级时效制度为155 ℃×4 h,此时合金的硬度为216.9 HV0.2、抗拉强度为558.7 MPa、伸长率为4.1%、电导率为35.2%IACS。     

Ti55钛合金整体壁板电脉冲辅助压弯成形失稳研究

高温钛合金网格筋壁板相较于传统的铝合金筋壁板结构效率更高,但是室温下钛合金整体壁板难以成形。利用电流电致塑性效应和焦耳热效应能有效降低成形载荷、提高成形极限,并且能有效避免钛合金在加热中被严重氧化。本研究建立了Ti55整体壁板电脉冲辅助压弯成形的电-热-力耦合有限元模型,并对不同成形工艺参数和壁板几何参数进行模拟。结果表明:在壁板两端施加8 A/mm~2电流密度时,压弯成形温度区间比较合适。整体壁板随着筋条高度的增加,失稳屈曲程度越来越大,筋条失稳时所需的临界载荷越小,筋条的稳定性越差。腹板厚度主要影响筋条的温度从而影响筋条的失稳情况。整体壁板纵向筋条间距增大,筋条稳定性越差,筋条失稳屈曲也越严重。     

铝/钢双金属管电磁缩径数值模拟

为指导实际双金属管精确成形工艺,基于LS-Dyna对铝/钢双金属管电磁缩径连接进行了结构场-电磁场耦合的有限元数值模拟,研究了内外管壁厚比值、内外管间隙、放电电压以及芯模对成形质量的影响规律.结果表明:内外管壁厚比值过小易引起内外管连接不紧密,比值过大易导致内管凹陷和外管开裂;随着放电电压增大或内外管间距的减小,外管缩径冲击力增大,导致内管周向应力的急剧增大和失稳起皱,同时造成外管开裂;而随着放电电压减小或内外管间距的增大,外管相对的缩径冲击力减小,内管会因无法经历一个有效的形变回弹过程导致内外管有效连接区域逐渐减小;采用弹性芯模可一定程度抑制开裂等宏观缺陷的产生,同时也能适当增加内管的回弹.最后,基于理论计算与有限元仿真获得复合管电磁成形规律和缺陷控制理论,以增大有效连接区域长度、减少宏观缺陷为目标进行优化,在施加弹性芯模的状态下,内管壁厚维持1 mm不变,外管壁厚取1.5 mm,内外管间隙取0.7 mm,放电电压取50 kV时得到的成形质量最佳.     

模压变形中国低活化马氏体钢沉淀相对其力学性能的影响

采用室温拉伸、500℃高温拉伸、显微硬度、SEM、TEM等方法研究中国低活化马氏体钢(CLAM钢)多道次模压变形诱导沉淀相回溶和析出对力学性能的影响.结果表明,三道次模压变形后,有效细化了晶粒和沉淀相,尺寸为5 μm以上的晶粒所占体积分数减小为0.49％,M23C6相和MX相平均尺寸分别从107.32和17.12 nm减小到93.97和13.59 nm.累积应变为2.32时,抗拉强度和硬度分别为720 MPa和2.46 GPa,较变形前分别增加了 22.87％和12.33％;当累积应变达到3.48时,与累积应变为2.32时相比其强度降低了 4.31％,硬度和延伸率分别上升了 2.03％和6.27％,该变化与变形过程中发生明显的沉淀相回溶有关.     

基于往复挤压的7034铝合金形变热处理强韧化机理研究

为提高7034铝合金微观组织均匀性和综合力学性能,本文开展了往复挤压剧烈塑性变形工艺与固溶时效制度的优化设计研究,并表征了不同变形-热处理方案下材料力学性能、晶粒与第二相尺寸分布、位错组态演化的定量规律,建立了塑性变形和热处理制度与7034铝合金的微观组织和力学性能的关联关系。结果表明：经过三道次往复挤压,平均晶粒尺寸由初始态的59μm细化到9μm,平均晶粒尺寸标准差从一道次的3.05下降到三道次的0.8;相较于双级固溶时效,单级固溶时效处理后的MgZn₂相尺寸更细小,密度更高,且多为半共格的η′相,位错塞积演变为亚晶,二者交互作用更强,起到更好的强化效果。最优热处理制度为单级固溶+单级时效,在此条件下,抗拉强度与延伸率分别达到747MPa和4.3%,优于双级固溶+双级时效制度。     

CP-Ti棒材加热拉压不对称变形研究

近年来,随着国民经济的发展和国防工业建设的突飞猛进,高性能、轻量化高端精密构件的技术性需求日益增加。CP-Ti是一种新型结构材料,具有密度小、比强度高、抗蚀抗疲劳等优异的综合性能,能够满足新型飞机研制对机身减重、提高飞行机动性等方面的需求,在航空、航天、汽车、造船等行业获得日益广泛的应用,其中钛产量中约70%用于航空宇航工业。然而CP-Ti在室温下塑性变形过程中存在变形抗力大、延伸率很低、材料流动性差以及成形质量差等问题,如何提高CP-Ti的塑性成形能力成为其塑性变形过程研究中亟待解决的问题。本文选取CP-Ti棒材,通过对棒材试样进行不同温度、速率的单向拉压试验,获得其真应力-真应变曲线,并分析其在拉压加载下的硬化关系。     

高压扭转制备钨铜梯度材料的仿真和实验研究

采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟，分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态，以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明，铜在HPT变形过程中为剪切变形的主要承受方，钨未得到充分的剪切变形，界面层应变累积最大；较高的温度和压力有利于界面层的应变累积，但温度的提升效果并不显著，并且高压力和高温度易导致铜反挤和模具失效。在300 ℃、1 GPa、扭转5圈的工艺条件下采用高压扭转工艺制备了界面连接质量良好的钨铜梯度材料。实验结果表明，随着扭转半径的增大，钨和铜的组织均得到显著细化，平均晶粒尺寸分别约为32.6 μm和0.28 μm，并且在界面处出现晶粒尺寸约为4.8 μm的铜组织过渡层；界面处钨和铜结合良好，钨和铜元素的扩散距离分别约为1.74 μm和2.59 μm。铜的显微硬度由初始态的79 Hv提升至131 Hv，界面处钨的显微硬度由初始的347 Hv提高到424 Hv，表明大变形条件下的晶粒细化和缺陷累积有利于界面连接和性能提升。     

低活化马氏体钢限制性模压织构演化行为及力学性能研究

利用低活化马氏体钢在500、600 ℃下进行了多道次限制性模压(CGP)实验,研究了不同温度下变形道次对其显微组织和力学性能的影响。结果表明：经3道次CGP变形后,低活化马氏体钢的平均晶粒尺寸从初始回火态的1.37 μm细化到0.88 μm;马氏体中形成了明显的（121）［012］、（011）［111］、（101）［111］织构,同时有（213）［111］织构出现,{112}{111}面织构的出现有效提升了材料的拉伸性能;铁素体中出现（012）［021］织构和明显的{013}〈113〉织构;抗拉强度与硬度显著上升,延伸率小幅降低。500 ℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后从初始态的586.31 MPa提升至693.01 MPa,3道次后又略下降至689.74 MPa;延伸率从初始态的18.59%降至12.13%。600 ℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后提升至685.97 MPa,3道次CGP变形后又略下降至679.30 MPa;延伸率降至15.62%。上述结果证明,CGP变形是提升低活化钢板力学性能的有效方法之一。