二次變形對(duì)等徑彎曲通道變形的工業(yè)純鈦性能的影響

本文利用上界定理計(jì)算等徑彎曲通道變形(ecap)的擠壓力,為ecap的模具設(shè)計(jì)、擠壓力的計(jì)算提供了一種可行的方法

采用模角φ=120°的模具，以bc方式（兩次擠壓道次之間試樣繞縱軸沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)90°進(jìn)行下一道次擠壓）在室溫下成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)純鈦8道次等徑彎曲通道變形（ecap），對(duì)擠壓過(guò)程中各道次試樣的微觀結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了分析測(cè)試．結(jié)果表明：工業(yè)純鈦經(jīng)8道次ecap變形后，抗拉強(qiáng)度由407mpa升高到791mpa；顯微硬度由1588mpa升高到2641mpa；并保持良好的塑性，伸長(zhǎng)率為19％．

采用模角φ=120°的模具,以bc方式(兩次擠壓道次之間試樣繞縱軸沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)90°進(jìn)行下一道次擠壓)在室溫下成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)純鈦8道次等徑彎曲通道變形(ecap),對(duì)擠壓過(guò)程中各道次試樣的微觀結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了分析測(cè)試.結(jié)果表明:工業(yè)純鈦經(jīng)8道次ecap變形后,抗拉強(qiáng)度由407mpa升高到791mpa;顯微硬度由1588mpa升高到2641mpa;并保持良好的塑性,伸長(zhǎng)率為19%.

研究了室溫下c方式等徑彎曲通道變形(ecap)對(duì)超低碳鋼組織及性能的影響。結(jié)果表明:第1道次ecap變形后,組織細(xì)化效果最顯著;隨變形道次的增加,組織由取向差小的板條狀亞晶演變成取向差大的等軸晶;第4道次ecap變形后,晶粒平均尺寸約0.3μm;變形道次繼續(xù)增加,晶粒尺寸變化不顯著,而晶粒取向差不斷增大。這表明第4道次ecap變形為超低碳鋼細(xì)化極限;ecap變形可大幅度提高超低碳鋼的強(qiáng)度,并保持較高的塑性。

等徑彎曲通道變形(equalchannelangularpressing簡(jiǎn)稱ecap)由于能直接制備塊狀超細(xì)晶材料而備受關(guān)注。通過(guò)對(duì)工業(yè)純鋁的ecap變形過(guò)程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬,獲得了變形過(guò)程的載荷變化規(guī)律和等效應(yīng)變分布規(guī)律,并用坐標(biāo)網(wǎng)格法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在摩擦條件下,試樣中區(qū)下表面的等效應(yīng)變最大,至上表面處等效應(yīng)變?yōu)樽钚?。而在無(wú)摩擦理想情況下,其等效應(yīng)變分布恰好相反,這可能是由于試樣在ecap變形過(guò)程中所受應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的不同引起的。

具有全珠光體組織的65mn鋼在650℃以c方式等徑彎曲通道變形(ecap)后,珠光體組織中的滲碳體片層以周期性的彎曲變形、周期性的剪切變形、剪切斷裂等形式協(xié)調(diào)ecap的強(qiáng)烈塑性變形.滲碳體表現(xiàn)出很強(qiáng)的塑性變形能力,在其內(nèi)部導(dǎo)入了大量的晶體缺陷,為滲碳體的球化打下了能量基礎(chǔ).變形五道次后,片層狀的珠光體組織演變成了超細(xì)的滲碳體顆粒均勻分布于鐵索體基體的組織.鐵索體基體為均勻的等軸晶,平均晶粒大小為-0.3μm.滲碳體的球化可能以兩種機(jī)制進(jìn)行:破碎滲碳體片的非均勻長(zhǎng)大(ostwald熟化)和細(xì)小球狀滲碳體顆粒的形核長(zhǎng)大.

用等徑彎曲通道變形(ecap)的方法制備出超細(xì)晶鋁合金材料,并研究了在不同道次條件下其顯微組織的演化過(guò)程.研究表明,隨著強(qiáng)烈塑性變形的增加,顯微組織中開(kāi)始形成大量晶粒尺寸小于1μm的位錯(cuò)胞組織,當(dāng)其晶界取向差增大時(shí),亞晶粒變?yōu)樵絹?lái)越細(xì)的板條狀組織.當(dāng)經(jīng)過(guò)8道次ecap變形后,晶粒尺寸由變形前的約50μm細(xì)化為約0.2μm.該超細(xì)晶鋁合金材料在150℃的退火條件下,其晶粒尺寸穩(wěn)定在0.2～0.3μm的范圍內(nèi).在溫度為500℃、應(yīng)變速率為10-3s-1的拉伸實(shí)驗(yàn)中,該超細(xì)晶鋁合金材料的最大延伸率高達(dá)370%,呈現(xiàn)出良好的超塑性.

在650℃采用等徑彎曲通道變形(ecap)方法對(duì)原始組織為層片狀珠光體的gcr15鋼進(jìn)行了bc方式的多道次變形。采用透射電鏡和洛氏硬度等實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)不同道次下的組織特性和硬度進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:冷變形和溫變形都能使?jié)B碳體片層發(fā)生球化,但一道次溫變形情況下滲碳體球化程度明顯高于冷變形一道次,硬度值由原始態(tài)(層片狀珠光體)的42hrc分別降至38hrc(冷變形)、27hrc(溫變形),溫變形二道次后,鐵素體基體接近等軸狀,平均晶粒尺寸約為0.4μm,球化完全的滲碳體顆粒粒徑約為0.1μm,硬度值由27hrc(溫變形一道次)增至32hrc左右。

研究了等徑彎曲通道(ecap)變形后45鋼中先共析鐵素體及珠光體組織的演變特征。結(jié)果表明,ecap變形4道次后,片層狀的珠光體組織演變成了超細(xì)的滲碳體顆粒均勻分布于亞微晶鐵素體基體的組織。先共析鐵素體由原始的平均晶粒尺寸約為30μm演變?yōu)榇蠼嵌染Ы绶蛛x的、平均晶粒尺寸約為0.4μm的超細(xì)晶組織。ecap變形后,先共析鐵素體首先在其內(nèi)部會(huì)形成具有薄片層界面(lbs)的板條位錯(cuò)胞甚至亞晶組織。進(jìn)一步變形時(shí)位錯(cuò)胞或亞晶可繼續(xù)細(xì)化。再進(jìn)一步變形時(shí)通過(guò)晶界滑移和晶粒旋轉(zhuǎn)的方式可以獲得具有大角度晶界分離的、等軸的超細(xì)晶組織。

研究了等徑彎曲通道變形az31鎂合金的攪拌摩擦焊工藝,對(duì)焊縫的成形特點(diǎn)和力學(xué)性能進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)厚為15mm的等徑彎曲通道變形az31鎂合金板,工藝參數(shù)對(duì)焊縫成型有很大的影響,成型性能對(duì)焊接速度的敏感程度較鋁合金板要大,當(dāng)焊接速度為37.5mm/min和攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為750r/min時(shí),可以獲得較好的焊接質(zhì)量。

利用三維有限元模型研究工業(yè)純鈦室溫等徑彎曲通道擠壓(ecap)變形過(guò)程,通過(guò)數(shù)值模擬分析模具通道夾角、外圓角及摩擦條件等參數(shù)對(duì)材料變形區(qū)的應(yīng)變分布及擠壓載荷的影響規(guī)律,獲得了在室溫下對(duì)工業(yè)純鈦進(jìn)行ecap變形的最優(yōu)工藝參數(shù)。模擬結(jié)果表明:三維模型考慮了模具接觸及摩擦的影響,比二維平面模型更客觀、準(zhǔn)確地反映了試樣的應(yīng)變分布狀況。φ=120°,ψ=20°的模具參數(shù)為最優(yōu),試樣可在較低的擠壓載荷獲得較大的塑性變形,增加通道背部摩擦可擴(kuò)大試樣主變形區(qū)體積,改善變形均勻程度。最終采用兩通道夾角φ=120°,外圓角ψ=20°的模具,在背部不潤(rùn)滑的摩擦條件下成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)純鈦室溫等徑彎曲通道單道次變形。

等徑彎曲通道變形(equalchannelangularpressing簡(jiǎn)稱ecap)由于能直接制備塊狀超細(xì)晶材料而備受關(guān)注。介紹了等徑彎曲通道變形(ecap)及有限元數(shù)值模擬的基本機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上討論了有限元模擬在ecap變形中的研究及發(fā)展現(xiàn)狀。隨著ecap的深入研究和工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展,有限元數(shù)值模擬必然在該領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

研究了等徑彎曲通道(ecap)變形后的超細(xì)晶t3銅在恒應(yīng)力幅控制條件下的疲勞壽命和循環(huán)形變行為．通過(guò)掃描電鏡觀察了疲勞試樣表面的滑移帶,并利用電子背散射技術(shù)觀察了疲勞前、后晶粒尺寸的變化．結(jié)果表明,超細(xì)晶t3銅具有較高的疲勞極限(σ-1=153mpa),是粗晶銅疲勞極限的2倍．在低周疲勞域內(nèi)表現(xiàn)出疲勞軟化,而在高周疲勞域內(nèi)表現(xiàn)比較穩(wěn)定的疲勞行為,甚至出現(xiàn)疲勞硬化．類似駐留滑移帶(psb)的剪切帶與最后一次擠壓的剪切面一致,剪切帶的形成和晶界滑移是疲勞裂紋形核和疲勞斷裂的主要原因．

用兩種方式等徑彎曲通道變形(equal-channelangularpressing,簡(jiǎn)稱ecap)制備了的具有等軸晶組織的超細(xì)晶cu-0.4cr合金,晶粒尺寸為500nm。研究了不同擠壓方式、不同擠壓道次合金的組織和性能的變化。探討了不同退火溫度對(duì)5～8道次材料導(dǎo)電率和硬度的影響。結(jié)果表明,經(jīng)ecap擠壓后的cu-0.4cr合金具有很好的綜合性能,拉伸強(qiáng)度可達(dá)565mpa;硬度和導(dǎo)電率分別為225hv和66.4%iacs;723k退火1h后材料的導(dǎo)電率和硬度可達(dá)80.3%iacs和210.9hv;軟化溫度可達(dá)723k。

對(duì)低碳鋼等徑彎曲通道變形進(jìn)行了數(shù)值模擬,并分析了它的顯微組織.通過(guò)有限元數(shù)值模擬,獲得了低碳鋼成形等徑彎曲通道變形載荷的變化規(guī)律和等效應(yīng)變分布規(guī)律.載荷模擬結(jié)果表明,摩擦因子越大,變形載荷也越大,當(dāng)摩擦因子為0.408時(shí),其成形載荷約為無(wú)摩擦?xí)r的21倍,載荷數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相吻合.此外,結(jié)合所揭示的等效應(yīng)變分布特點(diǎn),對(duì)一道次等徑彎曲通道變形后試樣橫截面上的微觀組織分布進(jìn)行了分析,表明下表面處的材料晶粒細(xì)化程度比上表面處的大,因此這種分布特點(diǎn)與等效應(yīng)變分布是相互一致的.

在室溫下對(duì)q235鋼成功進(jìn)行了c方式11道次等徑彎曲通道,等效應(yīng)變約高達(dá)11,獲得了亞微晶鐵素體組織。組織觀察表明,第1道次組織細(xì)化效果最顯著,隨后道次的主要作用是增加晶粒的位相差,使大角度晶界的比例隨變形道次增加而增加。在本實(shí)驗(yàn)條件下,由于珠光體組織中的滲碳體表現(xiàn)出較強(qiáng)的塑性變形能力,使得珠光體組織具有與鐵素體類似的宏觀塑性變形行為,并且在等效應(yīng)變約高達(dá)11的情況下,珠光體組織中未發(fā)現(xiàn)微觀裂紋。

用等徑彎曲通道變形(equalchannelangularpressing簡(jiǎn)稱ecap)法制備出超細(xì)晶低碳鋼材料,并在不同退火條件下研究其組織的熱穩(wěn)定性。研究表明,在200～500℃之間退火時(shí),材料組織處于回復(fù)階段,其鐵素體晶粒幾乎沒(méi)有長(zhǎng)大,晶粒尺寸約04μm;在550℃退火時(shí),鐵素體組織由較大的再結(jié)晶晶粒和細(xì)小的未再結(jié)晶晶粒組成;在550℃相同條件下退火時(shí),變形試樣中的滲碳體與熱軋態(tài)試樣中的滲碳體相比,前者球化能力明顯增強(qiáng);600℃退火時(shí)再結(jié)晶完成。

鋼和鐵基合金通過(guò)等徑彎曲通道變形(ecap)可獲得超細(xì)晶組織,從而改善材料的性能。成功實(shí)現(xiàn)了c方式650℃時(shí)珠光體65mn鋼的等徑彎曲通道變形,累積等效真應(yīng)變約為5。片層狀珠光體組織演變成超細(xì)的滲碳體顆粒均勻分布于鐵素體基體的組織,而且鐵素體基體為均勻等軸晶粒,平均晶粒尺寸約為0.3μm。

離心式葉輪機(jī)械的葉輪通道內(nèi)的流體流動(dòng)受到旋轉(zhuǎn)效應(yīng)與曲率影響而產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流現(xiàn)象。二次流是葉輪通道內(nèi)流動(dòng)損失的一個(gè)原因,對(duì)離心葉輪機(jī)械的性能產(chǎn)生不利的影響。應(yīng)用開(kāi)源cfd軟件openfoam對(duì)旋轉(zhuǎn)情況下的90°彎曲通道內(nèi)的不可壓縮流體流場(chǎng)進(jìn)行三維黏性數(shù)值模擬。研究了彎曲通道在不同轉(zhuǎn)速下哥氏力與離心力共同作用對(duì)主流速度、二次流及壓力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:與靜止通道相比,旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的哥氏力在彎曲管段形成不對(duì)稱的二次流,使通道內(nèi)渦結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜;甚至在較高轉(zhuǎn)速下二次流方向發(fā)生反向。

本文在生產(chǎn)拋光磚的兩間大型企業(yè)、四條生產(chǎn)線上及輥道窯不同工況下,分別取樣研究分析了大規(guī)格拋光磚二次變形與時(shí)效的關(guān)系。結(jié)果表明:大規(guī)格拋光磚在拋光加工前后的變形量隨時(shí)效的進(jìn)行呈現(xiàn)先增加后減小并趨于較平穩(wěn)的變化規(guī)律;時(shí)效能有效地控制和減少二次變形。

詳細(xì)闡述采用火焰法矯正鋼管彎曲變形,取得了滿意的效果。

設(shè)計(jì)了箔板u型彎曲試驗(yàn)方案,使用不同凹模槽寬尺寸和圓角半徑的微型模具,在三思微型試驗(yàn)機(jī)上完成了試驗(yàn),分析了模具幾何尺寸、箔板厚度等對(duì)箔板u型彎曲變形中沖頭載荷、回彈以及表面質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明,槽寬尺寸或圓角半徑減小時(shí),最大沖頭載荷顯著增加,且沖頭載荷上升和下降速率都明顯增大;對(duì)比兩種不同厚度箔板的沖頭載荷顯示,沖頭載荷減小速率明顯快于橫截面面積的減小速率,說(shuō)明產(chǎn)生了明顯的尺寸效應(yīng);另外,圓角半徑或板厚減小,導(dǎo)致回彈角度增大,成形件精度降低;雖然成形件表面比較平整,但側(cè)面出現(xiàn)劃痕提示需要提高模具表面質(zhì)量和采取潤(rùn)滑措施。以上研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)箔板微成形工藝設(shè)計(jì)具有重要意義。