考虑各向异性的回转曲面件蠕变时效成形数值模拟与实验

针对铝锂合金回转曲面件蠕变时效成形各向异性问题,开展了基于Barlat91屈服各向异性准则和蠕变各向异性本构模型的回转曲面件蠕变时效成形数值模拟与实验研究。仿真结果表明,构件加载阶段发生塑性变形,呈现出■的塑变各向异性现象;考虑蠕变各向异性行为的构件的蠕变应变分布发生明显改变。进一步通过开展回转曲面件蠕变时效成形实验发现,所建立的蠕变各向异性模型对厚度变化、残余应力分布预测准确;相对于各向同性模型,型面精度的整体预测偏差减小9.3%,焊接边预测偏差减小91.5%,证明了所建铝锂合金蠕变时效各向异性本构模型的准确性和实际应用价值。

2219铝合金搅拌摩擦焊接头的蠕变时效行为研究

目的研究2219铝合金搅拌摩擦焊接头的蠕变变形行为、力学性能及其微观组织演变规律,探明焊接态铝合金材料的蠕变变形与强化机制,为超大型高筋薄壁构件板坯搅拌摩擦拼焊+蠕变时效形性一体化制造提供理论与技术支撑。方法通过蠕变时效实验和室温性能测试,研究了有焊缝和无焊缝材料的蠕变时效行为与力学性能演变,结合应力指数、激活能计算和透射电镜表征,分析了焊缝对2219铝合金蠕变时效特性的影响。结果与母材相比,有焊缝铝合金整体蠕变量更低,但前期短时蠕变速率高而后期长时变形速率低,变形机制由母材的扩散蠕变转为位错攀移;有焊缝材料蠕变时效后抗拉强度增加量相对更少,屈服强度增加量基本相同,表现为加工硬化能力降低。同时,焊核区晶粒细小、晶内析出大量弥散的GPⅡ区、θʹʹ和θʹ相,且晶界附近出现无沉淀析出带,热影响区和热机影响区析出相长大,但热机影响区析出相开始出现粗化。结论在蠕变时效过程中,搅拌摩擦焊后的2219铝合金复杂的微观组织演变会提高材料的蠕变变形和强度提升敏感性,上述发现为优化搅拌摩擦焊与蠕变时效成形工艺参数匹配提供了基础。

2524铝合金的蠕变时效行为

采用拉伸测试、维氏硬度测试和透射电镜分析等方法研究实验应力和时效时间对2524铝合金蠕变时效行为的影响。结果表明:时效时间和试验应力对材料的成形与微观组织均有较大的影响,应力越大、时间越长,蠕变行为越明显;在190℃温度下,试验应力为180 MPa,时效时间约为12 h时,材料的硬度和强度趋近于峰值;TEM分析表明,合金板材强度和伸长率的差别主要由时效后强化相S′相和S″相的尺寸和分布密度决定;采用线性回归方法获得合金在190℃下稳态蠕变速率与实验应力的本构关系。

基于蠕变公式的时效应力松弛行为预测模型

研究时效成形过程蠕变与应力松弛行为的关联规律及其转换模型。通过分析金属材料蠕变与应力松弛行为的产生机理及其相互关系,分别建立基于加工硬化假说和时效假说的蠕变-应力松弛基本转换模型。在此基础上,针对蠕变/应力松弛时效成形过程将蠕变与时效同步进行的特征,进一步建立基于蠕变公式的时效应力松弛行为预测模型。以铝合金7055T6为试验材料,在120℃时效温度下分别进行不同应力水平下的蠕变与应力松弛试验,利用SPSS和Origin软件,开展蠕变本构方程中的材料常数拟合分析,并引入时效应力松弛预测模型,实现对应力松弛行为的预测。经不同应力水平下的预测结果与试验结果对比分析表明,该模型能较好地实现对时效成形过程中的应力松弛行为预测。

电脉冲时效对7075铝合金组织和性能的影响

通过开展正负交变电脉冲辅助时效实验,采用TEM分析以及电导率、维氏硬度和力学性能等测试手段,研究不同频率的正负交变电脉冲对7075铝合金组织和性能的影响。结果表明:频率为10和700 Hz的正负交变电脉冲可加速时效析出进程,显著提高铝合金硬度;同时,经过正负交变电脉冲时效热处理后,试样的强度较常规时效热处理后试样的强度提高了10.3%,伸长率提高了3.1%;通过TEM对7075铝合金的显微组织进行观察,发现与常规时效热处理相比,在正负交变电脉冲时效热处理条件下,晶内析出相η′的数量增多,弥散度增高;晶界析出相由细小连续分布向断续分布的粗化沉淀相转变。可见,正负交变电脉冲辅助时效热处理比常规时效热处理工艺对铝合金组织和性能的改善效果更加明显。

7055铝合金加筋板蠕变时效成形有限元仿真

基于铝合金时效成形机理的蠕变统一本构方程,应用大型商业化有限元软件MSC.Marc,对其进行二次开发,实现7055铝合金加筋板蠕变时效成形过程仿真模拟,结合ATOS Professional软件分析加筋板成形后回弹率,并通过实验研究验证仿真结果的正确性。结果表明:单纯静力加载后加筋板的回弹量为16.14%,而经过蠕变时效后加筋板的回弹量降低为10.34%,筋条对构件蒙皮的回弹起到一定的抑制作用;蠕变时效后加筋板的几何形状是由筋板的塑性变形与构件的蠕变应变共同决定的。

Effects of process parameters on mechanical properties and microstructures of creep aged 2124 aluminum alloy

A series of tests were carried microstructures of 2124 aluminum alloy in increase of aging time, temperature and low-to-peak-to-low manner. No significant out to investigate the effects of process parameters on mechanical properties and creep aging process. The results show that creep strain and creep rate increase with the applied stress. The hardness of specimen varies with aging time and stress in a effect of temperature on hardness of material is seen in the range of 185-195 ℃. The optimum mechanical properties are obtained at the conditions of （200 MPa, 185 ℃, 8 h） as the result of the coexistence of strengthening S＂ and S＇ phases in the matrix by transmission electron microscopy （TEM）. TEM observation shows that applied stress promotes the formation and growth of precioitates and no obvious stress orientation effect is observed in the matrix.

铝带坯连续铸轧过程热力耦合有限元分析

根据铝带坯连续铸轧过程瞬态凝固、流变成形的特点,同时考虑影响辊套与铸坯传热界面的接触热导问题,建立了铝带坯连续铸轧过程热力耦合有限元分析模型。在对AN SYS有限元分析软件进行二次开发的基础上,探索了适合于铝带坯连续铸轧这一复杂多重非线性问题热力并存耦合分析的途径,得到了铝带坯连续铸轧过程的温度场及应力-应变场的分布规律。仿真分析结果与实测结果进行了对比分析,二者基本相符。

连续铸轧流变行为的物理模拟及其应力—应变关系的演变

在Gleeble 15 0 0热 /力机上用专制的夹具系统对铝合金铸轧过程流变行为及其影响因素进行了系列的模拟实验研究 ,得到了不同变形条件下铝合金瞬态凝固连续固态流变成形过程中的形变规律。实验表明铝合金的[液 糊状 固 ]流变过程存在 4个不同特征阶段 ,通过对实验数据进行多元线性回归分析 。

2124铝合金蠕变时效本构方程

在185℃下,对2124铝合金试样进行了200、225和250MPa 3种应力水平下的多组单轴拉伸蠕变时效实验,发现在恒定温度下,实验应力越大,时效时间越长,蠕变行为就越明显;根据蠕变理论和实验曲线,建立了2124铝合金在185℃及不同应力水平下的本构方程;利用SPSS和Origin软件,得到了蠕变本构方程中的常数。蠕变实验数据点和拟合曲线的比较说明,所得的本构方程能较好地描述2124铝合金在185℃及不同应力条件下的蠕变行为.

2219铝合金应力时效强度演变规律及其强化模型

在时效温度为175℃,时效时间为18 h时,开展不同应力水平（120~200 MPa）条件下的应力松弛时效与蠕变时效对比实验。建立应力松弛时效与蠕变时效强化模型,对强化模型进行验证与分析。研究结果表明：合金的屈服强度不仅受应力强化作用面积的影响,而且在时效初期阶段高应力作用对合金的屈服强度产生重要影响;在相同应力强化作用面积条件下,分别由应力松弛时效强化模型与蠕变时效强化模型计算的屈服强度增量差值与应力强化作用面积之间存在一定的线性关系,可以通过蠕变时效来预测应力松弛时效过程中合金强度的演变规律。

应力作用下2124合金蠕变时效的组织与性能

通过硬度测试、拉伸测试和透射电镜分析等方法,研究应力分别为0MPa和200MPa对Al-Cu-Mg系2124合金185℃时效后的硬度、强度以及伸长率的影响,阐述应力对2124合金时效后组织与力学性能的影响。研究结果表明:在常规时效和蠕变时效2种时效状态下,200MPa应力作用下的蠕变时效使2124合金的S′析出相分布变得不均匀,合金的强度提高,而塑性降低;在0MPa应力作用下,合金峰时效状态下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为411.6MPa,270.8MPa,20.20%;在200MPa应力作用下,合金峰值时效状态下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为441.1MPa,321.0MPa和16.24%,后者的抗拉强度和屈服强度比前的高,但塑性低。

2524铝合金的蠕变时效行为及本构方程

通过在电子蠕变试验机上进行蠕变时效试验,研究了2524铝合金在时效温度为453～473K、试验应力为140～210MPa条件下的蠕变时效行为;采用包含双曲正弦函数的方程,通过对试验数据的线性回归分析,建立了2524铝合金稳态蠕变速率与试验应力及时效温度之间的关联本构模型。结果表明:随着试验应力增大和时效温度升高,2524铝合金的稳态蠕变速率增大,且蠕变曲线在第二阶段持续的时间缩短;依据本构方程计算出该铝合金在各条件下的稳态蠕变速率的数值和试验值的平均相对误差为6.9%,该本构方程可为2524铝合金蠕变时效成形工艺的制定提供依据。

时效蠕变与时效应力松弛行为转换关系

针对目前采用的蠕变与应力松弛转换方法存在的问题,即一方面没有考虑时效析出过程对二者的影响,另一方面存在转换精度较低、人为因素影响大等缺陷,以7075铝合金作为试验材料,分别开展对时效热处理温度为140℃,多组不同初应力下的时效应力松弛与时效蠕变试验。基于蠕变和应力松弛特性,利用作图与数值分析相结合的方法,实现时效应力松弛曲线向时效蠕变曲线稳态蠕变阶段的转换,得到了材料的稳态蠕变速率;通过拟合转换曲线与试验曲线,分别得到两组曲线在Norton方程中的材料常数K和n。结果发现,由时效松弛试验转换得到的蠕变数据与时效蠕变试验数据吻合较好,表明这一转换方法可行,并进一步验证了时效应力松弛与时效蠕变两者间的内在联系。

界面接触热阻影响因素的实验研究

通过自制的接触热阻实验装置分别对接触热阻的主要影响因素——接触表面温度、接触压力以及表面均方根粗糙度等进行了较为深入的实验研究。同时,实验还对热流方向的改变以及中间介质(石墨)对接触热阻的影响进行了研究,结果证实了热流方向的改变会导致接触热阻值的变化,热流方向由钢到铝的接触热阻值较由铝到钢的小。

变形条件对2124铝合金超厚板流变行为与显微组织的影响

在Gleeble-1500热／力机上进行了变形条件对2124铝合金超厚板流变行为与显微组织的影响规律的系列实验研究，得到了不同变形条件下2124铝合金超厚板高温压缩成形过程中的流变曲线。实验结果表明，2124铝合金在0．01s^-1～1s^-1范围内，高温压缩变形过程存在近稳态流变特征，近稳态流变应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而降低。当应变速率为10s^-1时，真应力-真应变曲线出现锯齿状，说明合金发生动态再结晶现象。利用OM和TEM分别研究了变形温度、应变速率、应变量对2124铝合金高温压缩变形显微组织的影响，在此基础上，分析并建立了2124铝合金热压缩变形发生动态再结晶的临界条件。

2124铝合金在蠕变时效成形过程中的回弹量

用变曲率蠕变时效成形试验装置,考察了时效时间、时效温度和预变形半径三个因素在两两作用下对可时效强化型2124铝合金在蠕变时效过程中回弹量的影响,对比分析了纯弯曲和横力弯曲对构件回弹量的影响;通过多元回归分析建立了回弹量预测模型,并进行了试验验证。结果表明:在相同的试验条件下,纯弯曲的回弹量要比横力弯曲的大,即成形件的弯曲变形模式对回弹量的影响不容忽略;回归模型对回弹量的预测结果与试验结果吻合较好,最大偏差不超过9.62%,验证了回弹量预测模型的可靠性。

周期性热冲击条件下铸轧辊辊套温度场仿真

根据连续铸轧过程中铸轧辊辊套的实际工况,对铸轧辊辊套在受到铸坯周期性热冲击情况下温度分布规律进行了仿真分析,得到了在考虑铸轧辊辊套与铸坯接触界面热导时,铸轧辊辊套在不同铸轧速度时的稳态温度分布规律。

连续铸轧流变行为及其组织演变规律

在Gleeble-1500热/力机上用专制的夹具系统对铝合金铸轧过程流变行为及其影响因素进行模拟实验研究,得到不同变形条件下铝合金瞬态凝固连续固态流变成形过程中的形变规律。研究结果表明:在较低的应变速率(.ε<0.1 s-1)下,材料不发生动态再结晶现象;而在较高应变速率(.ε>0.5 s-1)下,材料出现再结晶显微组织;模拟铸轧实验过程中得到的材料高温变形抗力大于同样变形条件下热轧模拟得到的稳态流变应力,这与快凝铸轧工艺的工业实验结果相吻合,说明本研究的专制工装与实验系统能基本实现铸轧工艺的物理模拟。

工业纯铝高温流变行为的实验研究

为了深入了解连续铸轧这一融合了“铸造”和“轧制”两个工艺过程条件下的流变行为与简单铸造+热加工(热轧)组合条件下流变行为的差异,在Gleeble-1500热模拟机上对铸造工业纯铝高温压缩流变行为及其影响因素进行了系列的模拟实验研究,得到了不同变形条件下铸造工业纯铝高温压缩成形过程中的流变曲线;通过多元线性回归分析得到了其应力-应变本构方程;并与铸轧过程物理模拟实验研究的结果进行了对比分析,结果表明:在相同变形条件下铸造工业纯铝高温压缩变形流变应力小于铸轧过程的流变应力,且随着应变速率的增大,它们之间的差值更大。