锻造工艺对航空用钛合金微观组织演变及力学性能的影响

钛合金是一种被广泛应用于航空等领域的高性能结构材料,但因其冷塑性能差、加工难度大,故常采用热加工来成形钛合金,如模锻等。净成形或近净成形技术是获得高性能钛合金部件的重要成形方法,并已在飞机大型结构件加工生产中得到了良好的应用。系统综述了航空用钛合金不同锻造成形工艺间的差异,归纳了锻造工艺参数对钛合金微观组织演变及力学性能的影响规律,明确了钛合金在锻造过程中的微观组织演变机理、后续处理过程中的拉伸及疲劳断裂机理,结合不同锻造成形工艺的特点及现存的不足,展望了钛合金在热加工方面的研究方向及发展趋势,以期为后续钛合金锻造工艺的开发与优化提供参考。

AZ31镁合金板微动磨损性能和微观组织演变的各向异性

AZ31轧制镁合金是最具前景的接骨板材料之一,晶体织构对微动磨损行为及微观组织演变的影响规律尚不明确。采用球/平面接触方式在AZ31镁合金板材的不同平面开展不同滑移方向的切向微动磨损试验,利用光学显微镜、电子扫描电镜、白光干涉仪、电子背散射衍射对磨斑的微观形貌和磨损体积进行了系统表征,对比不同微动磨损状态下的磨损性能和磨损机制。结果表明:载荷沿法向ND、微动沿切向TD(ND-TD)的抗磨损性能最优,载荷沿切向TD、微动沿轧向RD(TD-RD)的抗磨损性能次之,载荷沿切向TD、微动沿法向ND(TD-ND)的抗磨损性能最差。三种工况下材料的主要磨损机制均为磨粒磨损,磨斑周边和次表层的微观组织发生演变,尤其是{1012}〈1120〉拉伸孪晶的产生与晶粒所受到的应力及其晶体取向有关,从而导致材料的微动磨损性能呈现各向异性。

1300 MPa级高强钢激光-电弧复合焊接工艺及接头微观组织演变

【目的】旨在助力高强钢激光-电弧复合焊接技术在各大领域的进一步推广应用,指导生产实践。【方法】针对9 mm厚屈服强度1300 MPa级LG1300QT高强钢,开展激光-电弧复合焊接工艺研究、焊接相变模型开发及其接头微观组织演变仿真研究。【结果】使用合适的工艺参数可以完成9 mm厚1300 MPa级高强钢激光-电弧复合焊接,焊缝成形均匀一致,射线检测(Radiographic testing,RT)满足工作需求,接头抗拉强度达到母材的85%以上;仿真得到复合焊接温度场分布与焊缝截面对应一致,仿真的接头粗晶区及细晶区马氏体含量基本超过99%,与实际结果100%马氏体基本吻合,LG1300QT钢激光-电弧复合焊接接头热影响区微观组织转变以马氏体转变为主,电弧区的部分相变区(Critical heat affected zone,ICHAZ)与过渡区和激光区的ICHAZ接头微观组织演变过程差异较大,过渡区ICHAZ与激光区ICHAZ马氏体转变程度较高,而电弧区ICHAZ奥氏体化不充分,马氏体转变程度低。【结论】对于屈服强度1300 MPa级高强钢,激光-电弧复合焊可不开坡口单道焊成形,焊缝成形美观、接头强度较高,开发的“热-冶金”耦合模型可以较为准确地反应焊接过程中温度场及组织场特征,能够体现1300 MPa级高强钢激光复合焊接的微观组织演变规律,对实际工程应用具有指导意义。

AZ31B镁合金板热拉深成形工艺参数优化及微观组织演变

为了探索合适的工艺参数和微观组织演变,得到镁合金板热拉深成形质量最优的工艺参数组合及零件在热拉深成形时的微观组织演变规律,以厚度为1.6 mm的AZ31B镁合金为研究对象,利用正交试验法进行筒形件的热拉深成形试验。以成形温度、凸模运动速度和润滑剂种类这3个工艺参数作为影响因素,最大拉深高度和最大拉深力作为试验评价指标,建立3因素3水平的正交试验。对试验结果进行极差和方差分析,得到工艺参数对试验指标的影响主次关系与显著性影响,并对优选试验方案成形的筒形件进行了壁厚测试,综合最大拉深高度和成形质量分析得到最优工艺参数组合。最后,对零件微观组织演变规律进行了探究。结果表明,成形温度为240℃,凸模运动速度为30 mm·min^(-1),润滑剂采用二硫化钼锂基脂时,筒形件拉深高度达到最大值,壁厚均匀,成形质量良好。

楔横轧轴类件热变形时奥氏体微观组织演变的预测

运用Gleeble-3500热模拟实验机对轴类件用钢40Cr高温热变形的组织形态进行研究,并由金相分析数据回归得出高温奥氏体组织演变数学模型.然后利用非线性有限元法建立了金属成形过程中热、应力、组织相互耦合的刚塑性有限元模型.采用该模型对二辊楔横轧成形工艺进行仿真计算,得出了轧后工件的温度场、变形场、高温奥氏体晶粒尺寸分布等.对比轧后工件奥氏体组织分布的计算结果与实测值可知,两者吻合良好.

热轧AZ31镁合金超塑变形中的微观组织演变及断裂行为

通过热轧工艺制备了具有细晶微观组织的AZ31镁合金薄板。在250-450℃的温度范围和0.7×10-3-1.4×10-1s-1的初始应变速率范围内研究了热轧AZ31镁合金板的超塑性流变行为。分别通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了AZ31镁合金超塑性变形中的微观组织演变和断裂行为,并计算了不同温度下的变形激活能。结果表明,从300℃开始,热轧AZ31镁合金开始表现出超塑性的流变特征。在400℃,0.7×10-3s-1的变形条件下,最大延伸率可达362.5％,显示了良好的超塑性能。在300-400℃的超塑变形温度范围内,AZ31镁合金超塑变形的主要机制是由晶界扩散控制的晶界滑移,而变形温度和应变速率对AZ31镁合金断裂行为的影响主要体现在变形机制从晶内滑移到晶界滑移的转变。

GH4169高温合金的动态再结晶行为及微观组织演变研究

借助Gleeble-1500D热模拟试验机,对GH4169高温合金进行等温热压缩试验,变形温度为1173~1373 K,应变速率为0.001~1 s^-1。并借助光学显微镜对不同热变形工艺条件下压缩后的试样进行微观组织观察,结果表明,变形温度和应变速率对合金动态再结晶的体积分数与晶粒尺寸都有影响。在应变速率为0.001 s^-1,温度为1173 K时,动态再结晶开始发生,温度增加到1273 K时,动态再结晶基本完成,同时动态再结晶平均晶粒尺寸由11μm增加到39μm。通过试验数据分析,建立了GH4169合金的双曲正弦本构方程,对流变应力曲线进行二次求导,获得了动态再结晶的临界应变,基于SellarsTegart本构方程建立了GH4169高温合金的动态再结晶动力学模型,并根据试验结果建立了动态再结晶晶粒尺寸模型,为优化GH4169高温合金高温条件下的变形工艺参数提供了理论依据。

热轧AZ31镁合金温变形中的微观组织演变

在50～250℃的温度范围和1.4×10-3～1.4×10-1s-1的应变速率范围内通过单向拉伸试验检验了热轧AZ31镁合金的温变形性能。通过光学显微镜和透射电镜观察了温变形中的微观组织演变。结果表明:在温变形的初始阶段,孪生为主要的变形机理和硬化机制。由孪生变形积聚的畸变能和非基滑移的启动导致了动态再结晶的形核与长大。应变速率的提高对动态再结晶的抑制是造成AZ31镁合金温变形中应变速率敏感性的原因。

Mn18Cr18N护环钢多火次锻造微观组织演变及模拟

为研究多火次锻造过程微观组织演变规律,文章采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行动态、静态和亚动态再结晶试验,获得动态、静态和亚动态再结晶模型;采用热处理炉进行晶粒长大实验,得到晶粒长大模型;将模型导入有限元软件DEFORM-2D,对其进行微观组织模拟,并进行同条件的锻造试验验证。结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好。说明该文使用的微观组织模拟系统,能够用于预测Mn18Cr18N钢护环多火次热变形的微观组织演变规律,为实际护环生产工艺优化提供参考。

IN718合金多步锻造过程中微观组织演变数值模拟

为研究多步锻造过程中工艺参数对大锻件微观组织演变的影响,将再结晶模型和晶粒长大模型加入到模拟软件中,实现了金属高温塑性变形-传热-微观组织演变的耦合.采用数值模拟的方法,研究始锻温度、压下量和空冷时间对多步锻造过程中IN718合金微观组织演变的影响.结果表明,在多步锻造过程中,始锻温度和变形量对微观组织演变影响显著,空冷温度决定了晶粒尺寸大小,而空冷时间对晶粒尺寸影响较小,长时间空冷不会造成晶粒明显粗化.

TA15钛合金强热旋微观组织演变(英文)

研究TA15钛合金热强旋过程中的微观组织演变,探讨壁厚减薄率对TA15钛合金微观组织演变的影响。变形过程中,滑移变形是主要的变形机制,孪晶起到协调变形的作用。微观结构逐渐转变为细小的纤维组织,并且初生α晶粒的长径比随着壁厚的减薄而增加,再结晶分数和显微硬度也随着减薄率的增加而增加。

大型轧辊Cr5合金钢热压缩过程微观组织演变元胞自动机模拟

为研究大型轧辊Cr5合金钢在热变形时的微观组织演变规律,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr5合金钢在变形温度为900～1200℃、应变速率为0.005～5 s-1条件下进行了热压缩实验。基于热压缩实验得到的数据,建立了Cr5钢的动态再结晶元胞自动机（CA）模型,并开发了相应的CA程序。利用该CA程序计算得到的流变应力曲线与实验数据较为吻合,验证了Cr5合金钢动态再结晶CA模型的准确性。通过有限元软件FORGE模拟了Cr5钢的热压缩过程,并将采集到的宏观场量导入所建立的CA程序中,以变形温度为1125℃、应变速率为0.1 s-1为例,采用该CA程序模拟了压缩试样不同变形区域的微观组织演变行为。结果表明,Cr5钢在热压缩过程中产生了明显的变形不均匀性,大变形区发生了完全动态再结晶,平均晶粒尺寸达到30.16μm,自由变形区再结晶百分数达到64%,平均晶粒尺寸为40.24μm,难变形区还未达到再结晶临界应变,仍保有初始组织,仿真结果与实际金相照片吻合。

20CrMnTiH钢热压缩微观组织演变及动态再结晶模型

采用Gleeble-3500热模拟机对20CrMnTiH在温度为950℃~1 150℃、应变速率为0.01s^5s-1、变形量为60%条件下进行等温压缩实验,研究热压缩变形过程中变形温度和应变速率对材料流变应力和微观组织演变的影响规律。在对实验数据回归分析的基础上,建立20CrMnTiH动态再结晶模型;将建立的材料模型导入有限元软件DEFORM-3D中,模拟热压缩过程中的动态再结晶。结果表明,升高变形温度和降低应变速率均有利于20CrMnTiH发生动态再结晶,变形后再结晶晶粒尺寸增大,且动态再结晶体积分数增加;模拟结果与实验结果吻合。

金属高温塑性成形微观组织演变研究进展

金属在热加工过程中微观组织发生动态、静态回复以及再结晶、晶粒长大等一系列复杂的演化,材料内部微观结构的改变,会直接影响成形后金属的成形质量和力学性能。文章阐述了金属高温塑性成形时微观组织预测模拟的主要研究方法,即直接模拟法、相场法和有限元法;并分别评述了各方法目前在国内外的研究概况、特点以及缺点和适用范围;重点介绍了基于物理本质多尺度耦合的微观组织内变量有限元模型方法。研究结果表明,基于内变量法的微观组织物理模型相对其他方法,最适合用于多尺度微观组织预测数值模拟,模拟结果与实际更为相符,而且最能解释说明各变量演变的物理机制,具有广阔的应用前景。

基于Laasraoui-Jonas位错密度理论的TA10钛合金微观组织演变模拟

为模拟TA10钛合金的微观组织演变,采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机,在变形温度为800~1050℃,应变速率为0.01~5 s^（-1）的条件下,对TA10钛合金做了热模拟压缩实验。通过处理实验数据,得到不同变形条件下的动态回复软化率系数r,分析了变形温度和应变速率对r值的影响;建立了TA10钛合金的Laasraoui-Jonas（L-J）位错密度模型,结合元胞自动机法（Cellular Automata,CA）对TA10钛合金的微观组织演变进行模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明：TA10钛合金动态回复软化率系数r的值随应变速率的增加而减小,随温度的升高而增大;模拟结果与实验结果基本吻合,所构建的L-J位错密度模型能够准确预测TA10钛合金在热压缩过程中的微观组织演变。

材料微观组织演变的蒙特卡洛仿真原理及应用

材料宏观力学性能由材料微观组织决定。蒙特卡洛波茨模型是实现材料微观组织演变过程仿真的一种重要方法。对蒙特卡洛波茨模型的原理、算法和应用进行了综述。

Ti6A14V高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制

为了给钛合金的切削加工工艺制定提供参考,对Ti6A14V高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制进行研究。将Ti6Al4V看作被切削材料,在不同情况下完成切削,选择有代表性的切屑当成制作金相的样本,给出切削实验工艺参数。选用蔡司金相显微镜对金相组织进行观察,通过Digimizer对锯齿金相的齿距、自由表面、带倾角和带宽进行测量,以体现锯齿化程度。针对金相样本,通过绝热剪切带内微观组织演变方法研究了切削速度和刀具前角对切屑的影响;以及进给速度对锯齿成形的影响。分析了Ti6Al4V切屑形成机制。结果表明,在切削速度与进给速度逐渐增加,刀具前角从正值变化至负值的情况下,Ti6Al4V切削锯齿化程度增强;在切削速度、进给速度增加,刀具前角降低的情况下,绝热剪切程度增强;Ti6Al4V切削形成符合热(黏)塑性失稳机制。

TA19钛合金高温变形热加工图构建和微观组织演变

利用Gleeble-3500热模拟压缩试验机,在变形温度820~980℃和应变速率0.01~10 s^(-1)的变形条件下,对TA19钛合金进行热模拟压缩试验,并根据动态材料模型(DMM)建立了其热加工图。同时,结合TA19钛合金微观组织分析,揭示了热变形工艺参数影响热加工图的内在原因。结果表明:变形工艺参数与能量耗散率和非稳态区密切相关。应变速率为0.01~1 s^(-1)时,能量耗散率较大,且随着变形温度的升高,能量耗散率先增大后减小,在940℃附近获得最大值。同时,变形失稳区包括2个典型区域,其中I区为(820~900)℃/(0.01~1) s^(-1),II区为(960~980)℃/(1~10) s^(-1)。变形温度为940℃时,较多的等轴α相和较高的再结晶驱动温度使得再结晶程度加强,因此能量耗散率获得最大值。绝热剪切带、片层α相与等轴α相之间的变形不协调以及β晶粒的剧烈长大是TA19钛合金高温变形失稳的主要原因。

原位背散射电子衍射研究压缩变形过程中AZ31合金的微观组织演变

本文采用原位背散射电子衍射(原位-EBSD)方法研究了AZ31合金在压缩应力下的微观组织演变。结果表明{10 12}[1011]孪生是主要的变形模式。该孪生模式导致了变形后晶体取向发生了明显的转变,由原始取向为其C轴垂直于挤压方向ED的丝织构,转变为其C轴平行于ED及压缩应力方向。同时位错滑移也提供了一定的变形量。AZ31合金中RD和TD织构组分的梯度对于压缩变形条件下的孪生变形没有明显的影响。

不锈钢等温等速压缩微观组织演变仿真及实验

为了避免常见微观组织模拟方法的缺陷,提出了使用更高维度场变量的零值等高线来模拟晶界演化的策略,构建了动态再结晶模型,并对其微观组织演变过程进行了模拟。将水平集函数的场变量计算和有限元模拟相结合对304不锈钢的动态再结晶过程进行了模拟,并通过金相实验进行了验证。结果表明,模拟结果与实验结果较为吻合,水平集方法的模拟精度较高。变形开始时,原始等轴晶被逐渐拉长,随后在晶界形核;随着应变量的增大,形核数目逐渐增多且晶粒得到细化,当应变为0.6左右时,晶粒尺寸达到最小;当应变继续增加时,形核减缓,晶粒以长大为主。