中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度预测

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预测。结果表明:BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化,PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化;这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确,相较于PSO-BP神经网络,其平均绝对误差从15.3764降低至3.4288,平均相对误差从5.94%降低至1.32%,均方误差从251.3662降低至20.7199,相关系数从0.7753提高至0.8937;通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度,而应变速率与抗拉强度呈负相关关系,压下量与抗拉强度呈正相关关系。

具有细晶/混晶交替分布组织特征的AZ31镁合金轧板拉伸变形行为仿真

通过中等应变速率轧制获取细晶区和混晶区交替分布的AZ31镁合金轧制板材,构建不同组织特征的黏塑性自洽(VPSC)模型,预测板材在室温拉伸下的变形机制、织构演变和力学响应,研究细晶区与混晶区对塑性变形的贡献。结果表明:经410℃、平均应变速率1.9 s^(-1)、4.8 s^(-1)和7.8 s^(-1)制备的轧制板材中细晶区与混晶区呈现板织构特征,细晶区织构组分相较于混晶区更接近ND方向;随着轧制平均应变速率的增加,板材的细晶区与混晶区的织构组分差异逐渐减小。在室温拉伸塑性变形初期阶段,轧制板材的主要变形机制是基面滑移,次要变形机制是棱柱面滑移和锥面滑移,而拉伸孪生几乎不开启。压缩孪生启动时,部分晶粒向TD方向偏转56°,形成TD方向的织构组分。棱柱面滑移活性的降低,有利于增强锥面滑移的分离效应,促使ND方向织构极密度降低和双峰织构形成。轧制板材在拉伸过程中,由于细晶区的织构组分相较于混晶区更接近ND方向,使得在拉伸过程中细晶区相较于混晶区的基面滑移开启较少,非基面滑移开启较多,促使拉伸变形的过程中细晶区起强化作用,混晶区起弱化作用。织构组分差异逐渐减小,使得细晶区与混晶区的变形机制活性趋于一致,促使其在拉伸过程中对抗拉强度贡献也逐渐趋于一致。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸预测及成形工艺优化

通过激光熔化沉积试验分析了工艺条件(送粉速度、扫描速度和激光功率)对Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸的影响,构建了晶粒尺寸预测模型,优化了成形工艺参数,给出了工艺参数最佳区间。结果表明,相较于激光功率和扫描速度,送粉速度对晶粒尺寸的影响最为显著;随着成形能量密度的增加,合金晶粒尺寸呈现出先减小后增大的演变趋势;采用回归方程构建的晶粒尺寸-工艺参数关系模型能准确预测不同工艺条件下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的平均晶粒尺寸,相对误差小于2%;通过响应面分析得到工艺参数最佳区间为:送粉速度2.8~3 g·min^(-1)、激光功率1000~1050 W、扫描速度4~5 mm·s^(-1)。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金单熔道成形质量预测

本研究探讨了激光熔化沉积(LMD)工艺参数对Al-Mg-Sc-Zr合金单熔道成形质量的影响,并采用BP神经网络模型和改进的PSO-BP神经网络模型预测了不同工艺参数下的成形孔隙率。结果表明:Al-Mg-Sc-Zr合金的LMD单熔道成形孔隙率,随着激光线能量密度的增加呈现先上升后下降再上升的趋势,在175 J/mm^(2)时孔隙率达到最小值,仅为1.38%。在相同的送粉工艺参数下,LMD成形熔道宽度和熔道深度均与激光功率呈现出正相关性,而熔道高度和熔道深度均与扫描速率呈现出负相关性。相较于BP神经网络模型,改进的PSO-BP神经网络模型的平均绝对误差降低了29.69%,平均相对误差降低了19.42%,均方误差降低了19.02%,相关系数提升了63.44%。

基于机器学习的AZ31镁合金轧制板材腐蚀电位预测研究

目的为了实现对AZ31镁合金轧制板材耐腐蚀性能的调控。方法以AZ31镁合金轧制板材的下压量、轧制温度和应变速率3个轧制工艺参数作为输入变量,腐蚀电位作为输出变量,采用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和反向传播神经网络(BP)4种机器学习模型对AZ31镁合金轧制板材的腐蚀性能进行预测。结果计算得出,支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和反向传播神经网络(BP)4种机器学习模型的平均绝对误差(MAE)分别为0.01365、0.01259、0.01072和0.01538;均方误差(MSE)分别为0.000247、0.000182、0.000169和0.000354;决定系数(R^(2))分别为0.61、0.71、0.74和0.44;下压量、轧制温度和应变速率与腐蚀电位的Pearson相关系数分别为0.755、0.262和0.015。结论对比上述4种机器学习模型,K近邻(KNN)模型对AZ31镁合金轧制板材腐蚀电位的预测效果更好;由Pearson相关系数热力图可知,下压量与腐蚀电位呈正相关,这是由于随下压量的增加,晶粒逐渐细化,镁合金的耐腐蚀性能随之增加;轧制温度与腐蚀电位呈正相关,归因于随轧制温度的增加,孪晶数量逐渐减少,孪晶与镁基体形成的微电偶效应减弱,提高了腐蚀性能。

高速冲击载荷下AMPCO■18铜合金力学性能及本构模型

为了研究高速冲击载荷下AMPCO■18铜合金的力学性能及变形行为,采用霍普金森压杆技术对该铜合金进行应变速率分别为3409,3564,4285 s^(-1)的高速冲击实验.结果表明:随着冲击载荷的增大,应变速率增加,合金发生动态再结晶,晶粒得到显著细化,合金强度也随之提高;在应变速率为4285 s^(-1)的条件下,组织中未发现剪切带等特征,合金具备较强的抗冲击能力;AMPCO■18铜合金的Johnson-Cook模型预测值与实验值具有较高的一致性,相关系数R为0.94346,该模型可以较好地预测该合金在高速冲击过程中的流变行为.

铝合金挤压铸造扭转复合成形模具-工件界面换热行为

挤压铸造扭转复合成形(SQ-T)集挤压铸造(SQ)与扭转成形(T)的优势于一体,可实现铝合金工件的高效成形。为准确描述铝合金SQ-T工艺下的模具-工件界面换热行为并对成形效果进行评估,通过搭建SQ-T实验平台和构建界面换热系数(IHTC)反求模型,求解成形过程中的IHTC,并对IHTC的变化规律、工件成形效果及工件组织性能进行研究。结果表明:反算模型精度较高,96%以上反算结果的相对误差小于10%;在SQ中加入扭转变形后,工件的气孔数量减少、尺寸变小,模具-工件界面换热条件更好;SQ-T实验的IHTC前半段高于SQ实验,最大提升了60%;IHTC的增加使SQ-T实验工件的冷却速度加快,显微组织更加细小均匀,硬度提高了19.3%,动态峰值应力提升了7.6%。

基于动态再结晶−黏塑性自洽模型的A356铝合金高温变形行为

以A356铝合金为研究对象,构建动态再结晶(DRX)模型耦合黏塑性自洽(VPSC)模型,研究其在500℃热压缩下的流变应力、织构演变和变形机制。结果表明:构建的模型能较为准确地仿真A356铝合金高温热压缩变形过程中的流变应力和织构演变;高温热压缩时A356铝合金发生了动态再结晶,对材料起到明显的软化作用,同时弱化了(011)[100]织构组分,但强化了(2ˉ10)[132]织构组分;共晶Si发生的破碎细化消耗了塑性变形功,使晶粒转动角度变小;大部分晶粒形成Goss织构过程中以(111)[011]滑移和(111)[011]滑移为主,形成Brass织构过程中以(111)[101]滑移和(111)[101]滑移为主。

热扭转下AZ31镁合金微观组织和力学性能研究

为了研究热扭转变形温度对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响,利用TTM103型微机控制电子扭转试验机对挤压态AZ31镁合金棒材进行了25~300℃的热扭转试验。结果表明:在同一变形区域内,随着变形温度的升高,孪晶密度先升高后降低;在变形温度达到250℃时,有动态再结晶产生,之后随变形温度的持续升高,动态再结晶体积分数逐渐增大,抗扭强度逐渐降低,塑性逐渐提高,硬度先增大后减小;在同一变形温度下,扭转边缘区域至中心区域的孪晶密度和动态再结晶体积分数逐渐降低,平均晶粒尺寸逐渐增大,而硬度逐渐减小;热扭转变形在200~300℃下的断裂方式以韧-脆性断裂方式为主,其它温度下以脆性断裂为主。

中等应变速率轧制制备多尺度混晶镁合金工艺及组织性能

为了研究中等应变速率轧制下AZ31镁合金的组织演变过程和力学性能,获得同时提升强度和塑性的优良轧制工艺,对均匀化铸态AZ31镁合金进行平均应变速率分别为1.9 s^(-1)、4.8 s^(-1)和7.8 s^(-1),变形温度分别为370℃、410℃和460℃,下压量为75%的中等应变速率轧制,并构建嵌入式混晶结构的增塑模型。结果表明:中等应变速率轧制可制备多尺度混晶镁合金板材,410℃时可形成粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构组织,在(410℃、4.8 s^(-1))时可形成细晶、中等晶粒和粗晶占比均匀并夹极少量超细晶和粗大晶粒的嵌入式结构组织;在410℃时轧制板材具有较好的强度和塑性匹配,尤其是在(410℃、4.8 s^(-1))时的轧制板材强度和塑性最为均衡,抗拉强度达279.4 MPa、伸长率达21.2%;相较于高应变速率轧制的细晶镁合金轧板,中等应变速率轧制的多尺度混晶组织镁合金轧板的强度明显提高,最大提高了19.7%,伸长率亦有提高;在410℃时轧制板材以韧性断裂为主,其他以韧-脆性断裂为主;微观组织为粗晶镶嵌在多层细晶中的嵌入式结构相比其他混晶结构具有更好的塑性。

基于孪晶强化Johnson-Cook本构宏细观仿真模型的镁合金高速冲击变形机理

基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结果表明:基于孪晶强化的J-C本构构建的宏细观仿真模型更能准确地预测高速冲击过程中次要变形机制及织构组分;引入孪晶强化的J-C本构不会对主要变形机制产生影响,主要影响次要变形机制;在次要变形机制中,棱柱面滑移活性的变化影响基面滑移的汇聚效应与锥面〈c+a〉滑移的分离效应之间的竞争关系,导致织构的组分和极密度发生变化。该宏细观仿真模型的构建,为研究高速冲击过程中潜在的变形机理提供了参考。

高温三向单次冲击下AZ31镁合金孪晶与退孪晶对织构的影响

对变形态AZ31镁合金进行温度为400℃、冲击气压为0.6 MPa的三向单次冲击,分析了三向单次冲击载荷下的变形机制、组织和织构演变规律。结果表明,三向单次冲击过程中主要发生孪生和再结晶,其中第2向冲击时发生退孪晶现象;第1向冲击时的主要变形机制为二阶锥面滑移和拉伸孪生,第2向冲击时拉伸孪生被棱柱面滑移替代,第3向冲击时主要变形机制为二阶锥面滑移、拉伸孪晶和棱柱面滑移。经过第1向冲击后,主要的织构组分仍然保持初始织构的{0001}<10-10>和{0001}<2-1-10>织构组分,由于发生孪生,基面组分极密度弱化,且增强了{01-10}<0001>织构组分,第2向冲击后,主要织构组分保持不变,由于发生退孪生,基面组分极密度增加,第3向冲击后,孪生和再结晶引起织构组分变为以{01-10}<2-1-10>为主,同时形成c轴偏离ND的弱织构。

中高应变速率轧制AZ31镁合金边裂组织研究

对铸态AZ31镁合金进行了轧制温度为320~460℃、平均应变速率为1.9~7.8 s-1的中高应变速率轧制,研究了不同轧制工艺参数下AZ31镁合金板的边裂长度及形核、扩展和止裂机制。结果表明,随着轧制温度的升高,边裂平均长度整体呈下降趋势。随着平均应变速率的增加,轧制边裂得到改善。边裂扩展路径上孪晶和再结晶是主要的微观结构。在中等应变速率轧制中,再结晶不完全,粗晶区和细晶区均存在。在高应变速率轧制中,再结晶速率快,再结晶完全,因此微观组织以细晶区为主。粗晶区的边裂由孪晶诱导产生并在边裂扩展路径上产生大量的孪晶,在边裂尖端,孪晶再结晶的产生抑制了边裂的扩展。细晶区的边裂是由孔洞形核、长大和合并引起的,大量细小的再结晶晶粒阻碍了边裂扩展,且晶粒越细小,边裂扩展受阻程度越大。

钪含量和固溶工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金组织和性能的影响

设计了钪质量分数分别为0.02%,0.07%,0.12%的Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金,研究了钪含量以及固溶温度(450~490℃)和时间(0.5~5 h)对铸态合金组织和性能的影响。结果表明:随着钪含量的增加,合金的晶粒细化,晶界处的粗大第二相增多,硬度降低。经470℃×1 h固溶后,含质量分数0.02%钪的合金的硬度最高;继续提高固溶温度或延长固溶时间会导致晶粒尺寸增大,同时延长固溶时间还会导致晶界处聚集块状第二相,因此硬度降低。

薄壁铝合金压铸充型过程中的流动特征及其凝固组织

采用旋转黏度计测定AlSi10MnMg铝合金熔体的黏度,压铸制备薄壁铝合金铸件,并用高速摄像技术记录分析充型速度,计算流体力学参数Re数和We数来表征薄壁铝合金压铸充型过程中的流动特征,最后采用OM研究其组织。结果表明:旋转黏度计适合于测定非牛顿流体铝合金熔体系统;铝合金熔体以层流、充型前端液面自由表面破碎成细小液滴的形式高速填充薄壁流动试样型腔;浇注温度升高,黏度减小,充型时间、充型速度和充型距离增加,气孔增加,α(Al)晶粒由块状向球状、蔷薇状转变,晶粒尺寸分布越来越均匀;沿充型流动长度方向,气孔先增加后减少,晶粒尺寸分布变化不大;铸件中心位置晶粒尺寸、α(Al)相含量大于型壁边界位置。

薄壁铝合金压铸充型过程中铸件与铸型界面的换热行为

采用压铸制备薄壁AlSi10MnMg铝合金铸件,用高速摄像技术记录分析压铸压射冲头的运动规律,并通过热平衡方程求解充型过程中铸件熔体和铸型之间的换热系数,最后通过数值模拟的方法讨论采用不同换热系数对充型仿真结果的影响。结果表明:充型流动长度随浇注温度的升高而增长;当充型处于液相线温度之上时,充型时间、换热系数随浇注温度的升高而增长;当充型至温度处于液相线温度以下时,充型时间和换热系数变化都很小。模拟仿真结果显示,采用基于热平衡方程求得的换热系数的计算模拟仿真结果与实验结果较一致。

薄壁铝合金压铸充型沿程的组织与力学性能

采用压铸制备薄壁AlSi10MnMg铝合金铸件,用金相技术、密度、拉伸性能等分析方法讨论浇注温度对薄壁铝合金压铸充型沿程的组织与力学性能的影响。结果表明:随着浇注温度的升高,试样流动临界长度增加,气孔增多,α(Al)枝晶变细,抗拉强度和断后伸长率先增加后降低。随着充型沿程流动长度的增加,气孔先减少后增加,α(Al)枝晶变化不大。当浇注温度为650和680℃时,试样抗拉强度和断后伸长率沿充型流动长度的增加而减小;当浇注温度为710和740℃时,试样抗拉强度和断后伸长率沿充型流动长度的增加变化较小。

冲击载荷下Al-Mg-Si-Cu铝合金的变形行为及本构模型

使用分离式霍普金森压杆(SHPB)对Al-0.59Mg-0.58Si-0.2Cu(质量分数/%)铝合金进行室温下、应变率为(800~5 200)s-1的高速冲击试验,分析其变形行为,并确定Johnson-Cook本构方程。结果表明:Al-Mg-Si-Cu铝合金在室温高速冲击变形过程中,应力不随应变率增加而增加;当应变率为800、2 500、3 100 s-1,应变为0.08时,随着应变率的增加,织构类型发生改变,平均斯密特因子和应力减小;确定Al-Mg-Si-Cu铝合金的J-C本构方程,本构拟合结果与试验结果吻合。

孪晶及晶粒尺寸分布对高应变速率轧制AZ31镁合金板材强韧化的影响

对铸态AZ31镁合金进行温度300~400℃、平均应变速率5.4~29 s-1的高应变速率轧制,制备不同孪晶和晶粒尺寸分布的镁合金板材,研究孪晶及晶粒尺寸分布对镁合金高应变速率轧制板材强韧化的影响,并建立了多尺度组织的强韧化模型。结果表明:平均应变速率低于10 s^(-1)时,可以获得孪晶、细晶和粗晶共存的多尺度组织,且平均应变速率为8.3 s^(-1)时,组织中存在大量的亚微晶;在室温变形过程中,不同尺度组织之间的背应力能够保证材料塑性,孪晶界和细晶保证强度,实现亚微晶、细晶、孪晶和粗晶共存的多尺度组织镁合金具有高的抗拉强度,同时能够保持相对良好的伸长率;在高温变形过程中,亚微晶、细晶、孪晶和粗晶共存的多尺度组织镁合金中的亚微晶发生晶界滑动、粗晶和孪晶诱导再结晶提高了材料塑性;温度为300℃变形时,强度亦遵循Hall-Patch公式。

湖南科技大学首届教师课堂教学讲课比赛回顾与反思

2015年6月27日,由我校教务处组织的湖南科技大学首届教师课堂教学讲课比赛圆满结束,有来自全校工科、理科、文科、艺术等学科和潇湘学院的40多位优秀教师参加了比赛。笔者以新引进教师观摩者的视角,回顾比赛和反思得失,以期熟练教师教育教学技能,提高学生课堂教育质量。