梯度化加热调控微观组织实现变强度热冲压工艺

开发了一种变强度热冲压工艺,可以对零件进行微观组织和力学性能调控。利用感应线圈对坯料进行梯度化加热,使局部区域奥氏体化,进而调控淬火后各区域的微观组织,从而获得变强度零件。实验以退火态及冷轧态的热冲压钢来研究该工艺,软化区组织均为珠光体+铁素体,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为490 MPa和32%、940.4 MPa和4.2%;高强度区均为马氏体组织,退火态和冷轧态钢板的抗拉强度及伸长率分别为1532 MPa和9.1%、1485.1 MPa和8.4%;过渡区的硬度从高强区向软化区逐渐下降,性能基本平稳过渡。结果表明,对于两种不同供货态钢,该工艺均可通过微观组织调控的方法,实现零件的变强度分布。     

A286薄壁圆管局部退火组织的演变机制

基于A286高温合金抽芯铆钉钉套局部感应加热工艺方法,研究了局部感应退火温度场对退火区组织性能和力学性能的影响,并定性地描述了局部感应退火软化机制.结果 表明:A286高温合金钉套退火区的晶粒尺寸随退火温度的升高而增大,其硬度随晶粒尺寸增大而减小;在感应退火过程中,Σ3晶界的数量随温度的升高而先增加后降低,并且有一定数量的∑9晶界产生;通过感应退火,消除了加工硬化带来的内应力,A286高温合金钉套局部感应退火硬度呈梯度变化的机理是再结晶退火作用的结果.     

新型模具制取变强度制件及其力学性能研究

设计出利用感应加热方式形成变强度制件的热冲压新型分区模具,进行了热-流-固耦合场的理论分析,建立了热-力耦合有限元模型,得到了板料在热冲压过程中温度和维氏硬度的分布。仿真结果表明,当模具感应加热端温度升至400℃时,加热端的冷却速度为13.6℃·s~(-1),冷却速度决定了板料不同温区的微观组织和维氏硬度。利用该模具进行了热冲压实验,对不同温区的微观组织和维氏硬度进行检测。结果表明:该模具可冲压不同高温区(低强度)形状的制件。制件高温区已经基本转化为贝氏体组织,过渡区转化为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织,低温区转化为板条状马氏体组织。设计出的新型分区模具可以获得变强度制件,为成形复杂变强度零件和工艺参数的优化提供了依据。     

A286高温合金薄壁圆管局部感应加热的温度场数值分析

以A286高温合金抽芯铆钉的钉套局部区域感应加热为研究对象,建立感应加热过程中电磁-热数学模型,运用有限元法分析电磁-热耦合问题,重点讨论频率、电流等工艺参数对钉套退火区域的温度、宽度的影响。并利用设计的A286高温合金钉套局部感应加热装置进行退火工艺及抽芯铆钉的铆接测试试验,结果表明理论分析结论对实际退火工艺具有重要指导意义。     

碳纤维复合材料板热弯曲试验研究

为解决传统复合材料件成形效率低、制造成本高等问题,提出一种采用加热模具对复合材料板直接进行热冲压的复合材料成形新方法。该方法使用局部加热模具将复合材料板中需发生变形的区域进行局部加热,并借助复合材料加热到一定温度下软化的特点,使其随模具的运动逐步成形,并在模具作用下固化。对复合材料板V形件的热弯曲成形进行了试验研究,分析了成形温度、加载速度和开模温度对成形后工件精度的影响规律。试验结果表明：碳纤维复合材料板热弯曲性能良好,成形力小;通过测量试件室温回复角度发现,复合材料的热弯曲成形回复角度随着成形温度的降低而增大,随着开模温度的降低而减小。     

局部加热的高强钢热成形变强度工艺

利用局部加热实现了高强钢板变强度热冲压成形,采用电极加热和局部覆盖屏蔽材料两种方法来实施。试验表明,电极加热高温区域为细小的马氏体组织,过渡区域为马氏体、贝氏体和铁素体/珠光体组织,低温区域为铁素体/珠光体组织。通过坯料局部覆盖屏蔽材料的方式得到了尺寸1∶1变强度热冲压成形B柱。红外成像检测仪结果显示,坯料温度由裸露端向覆盖端梯度下降,零件硬度由硬化区向软化区梯度下降,过渡区域的长度约为48 mm。这些表明通过局部加热实现高强钢变强度的同时能得到更小的过渡区域。     

大口径厚壁弯管的局部感应加热推弯成形的有限元建模研究

局部感应加热推弯成形技术是制造大口径厚壁弯管的重要方法。基于COMSOL多物理场有限元模拟软件,建立了可靠的大口径厚壁管感应加热推弯成形过程三维有限元仿真模型,实现了电磁-热-力多场耦合的模拟,避免了空气域边界造成的电磁反射波对感应加热的影响,并研究分析了弯管温度与应变的分布规律。结果对有效提升大口径厚壁弯管局部感应加热推弯成形具有指导意义。     

扭力梁热成形过程温度与微观组织的研究

利用有限元模拟软件和实物验证,研究了扭力梁热成形过程中的温度场、微观组织和硬度的变化关系。研究表明:零件的截面形状对成形后零件的温度场分布有直接影响,截面形状差异会造成不同区域与模具接触程度有差异,成形结束后不同区域温度分布也不同;扭力梁不同区域的温度冷却速度有差异,造成不同区域微观组织呈现不同形式,且平均冷却速率与硬度值成正相关关系;热成形后,零件微观组织主要为马氏体组织;部分区域成形时内部会有空腔,坯料与模具接触不紧密,淬火不充分,瞬时冷却速度低,会发生贝氏体和铁素体转变,整个零件呈现典型的高硬度区和低硬度区分布。     

基于铸坯的25Mn钢环件热辗扩成形力学性能分析

环形铸坯辗扩成形是一个多场耦合、局部加载和连续成形过程,与传统辗扩工艺相比,缩短工艺流程,减少加热次数,节材、降能耗,具有重要的研究价值与推广应用前景。辗扩过程中,不仅要控制环形铸坯辗扩后的成形精度,还应通过高温塑性变形获得所需微观组织,提高综合力学性能,实现成形/成性一体化调控。根据环件轧制技术及基于铸坯的辗扩成形基础理论,通过对25Mn钢环形铸坯进行辗扩,分析辗扩成形环件不同部位微观组织的变化及力学性能,并借助扫描电镜观察,揭示其拉伸与冲击断口的断裂机理。结果表明:辗扩后环件的外形好,宽展小,椭圆度为0.4;组织内部平均晶粒尺寸小,环件各个区域的力学性能均较高,且中层的略低于内层和外层;拉伸与冲击断裂形式主要为准解理,并伴有韧窝断裂。可见,基于铸坯的25Mn钢环件热辗扩"成形"/"成性"质量较高,为其进一步研究以及实际生产提供了理论指导价值。     

基于感应加热的中碳钢温度控制实验与模拟研究

为了实现金属的快速加热和保温,以实现快速局部等温成形工艺,基于中频感应加热技术,研究了金属的局部快速升温和保温过程的加热制度。以45钢棒料为例,进行了多次感应加热实验,采用多段加热,通过调整不同阶段的加热功率和加热时间,使试样温度快速上升到指定温度并保温,从而得到了使试样局部快速升温并保温的感应加热工艺。为了验证加热过程中试样的温度分布均匀性,利用MSC. Marc有限元软件对该工艺进行模拟,结果表明:模拟与测试结果一致,且通过该工艺得到的试样局部温度分布均匀,因而此快速加热方法可用于中小零件的局部等温成形。