基于低损耗热压缩的新型液氢加氢站工艺系统构建

为解决国内现有液氢加氢站中核心设备短期内无法实现国产化以及液氢站加注过程中氢浪费量过大等问题,基于机械压缩增压和热压缩增压机理,构建了基于低损耗热压缩的新型液氢加氢站工艺系统,并利用Aspen HYSYS软件对该新型液氢加氢站工艺系统进行了稳态模拟,得出了系统运行工况参数,确定了优化工艺方案。在此基础上对现有液氢加氢站和新型液氢加氢站系统及其热压缩模块分别进行了能耗分析,结果表明,现有的“增压与汽化并行”式液氢加氢站系统比能耗为0.912 kWh/kg,而低损耗热压缩的新型液氢加氢站系统比能耗为0.322 kWh/kg,其比能耗比现有液氢加氢站降低了64.8%。这表明基于低损耗热压缩的新型液氢加氢站系统更节能,系统中关键部件的[火用]效率也更高。

挤压态WE71镁合金热压缩变形行为

通过热模拟实验研究了挤压态WE71镁合金在变形温度为653~773 K、应变速率为0.001~1 s^(-1)条件下的热压缩变形行为,并采用EBSD对热加工图中的失稳区和可加工区的微观组织、动态再结晶过程进行了分析。结果表明,WE71镁合金属于正应变速率敏感材料,峰值应力随变形温度的升高逐渐下降,随应变速率的增大逐渐升高;在653 K和0.1 s^(-1)条件下开始发生动态再结晶,随着应变速率的降低,动态再结晶分数增加且平均晶粒尺寸减小,随着变形温度的增加,动态再结晶分数增加,但变形温度过高会使平均晶粒尺寸有所增大。挤压态WE71镁合金的变形失稳区主要为低温、高应变速率条件,最佳热加工工艺条件为733 K≤T≤773 K,0.001 s^(-1)≤ε·≤0.01 s^(-1)。

06Cr23Ni13不锈钢的热压缩本构方程及热加工图

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了06Cr23Ni13不锈钢在变形温度为850~1250℃及应变速率为0.01~10 s-1条件下的热变形软化行为。结果表明:当应变速率相同时,随着变形温度的升高,06Cr23Ni13不锈钢的流变应力减小;而当变形温度相同时,流变应力值随着应变速率的增大而增大。根据Arrhenius模型构建并验证了06Cr23Ni13不锈钢的本构方程。基于动态材料模型理论绘制了06Cr23Ni13不锈钢在大变形量(ε=0.6)下的热加工图。由06Cr23Ni13不锈钢的热加工图可知在变形温度为1100~1250℃、应变速率为0.01~0.05 s-1的高温低应变区域内,能量耗散率η值可高达0.37~0.44,属于易加工区域,是最佳的热加工窗口。

应变量和应变速率对Ni80A合金热压缩过程动态再结晶的影响

本文基于已建立的Ni80A合金动态再结晶模型,在有限元模拟软件中建立Ni80A的热压缩有限元模型;探究热塑性变形过程中应变量和应变速率对Ni80A动态再结晶行为的影响规律。结果表明:动态再结晶体积分数随应变量增大而增大,随应变速率增大而减小;平均晶粒尺寸随着应变量增大而减小,随着应变速率增大而减小。

粉末冶金Al-5.6Zn-2Mg合金在热压缩过程中加工硬化特性及本构模型的比较

在300~5000℃、应变速率为0.1~0.0001 s−1的条件下,在万能试验机上对Al-5.6Zn-2Mg铝合金进行热压缩试验,以确定动态再结晶开始时的加工硬化速率曲线σ_(c)(ε_(c))l以及关键特征σ_(c)(ε_(c))l、σ_(p)(ε_(p))和σ_(ss)与Z系数之间的相关性。使用了四个本构模型,Arrhenius模型、改进的Johnson-Cook模型(MJC)、改进的Zerilli-Armstrong模型(MZA)和开发的人工神经网络(ANN)。结果表明,ANN型模型和Arrhenius模型的相对误差的绝对平均值最低,分别为0.486%和3.36%,MZA型模型和MJC型模型的相对误差的绝对平均值较高,分别为8.84%和3.93%。由于Arrhenius模型能够处理各种因素之间的非线性关系,因此它被认为是最合适的预测模型,但在材料性质未知或实验数据有限的情况下,MJC模型可能是一种更简单的替代方法。MZA模型不适合估计热压缩时的流变应力。此外,训练最好的神经网络模型的预测性能最好,相对误差的绝对平均值为0.486%,R值为0.99。

高强钢多道次热压缩晶粒尺寸模型

为准确描述300M高强钢在多道次热压缩过程中的晶粒尺寸演变行为,解决晶粒尺寸在不同再结晶过程之间不连续的问题,提出了包含15个待定参数的晶粒尺寸演化模型。在温度950~1150℃、应变速率0.01~10 s^(-1)、应变0~0.9、道次间保温时间0~600 s的范围内开展了双道次热压缩实验,结果表明,随着温度的升高和应变速率的降低,平均晶粒尺寸呈增加趋势;亚动态再结晶和静态再结晶在变形后保温大约3 min就发生地比较完全,在后续的保温过程中,晶粒长大非常缓慢。随着应变的增加,再结晶体积分数增加。基于实验结果,通过参数识别获得模型参数,平均相对误差为6.90%,平均相对偏差为3.3μm。将模型集成在DEFORM中,模拟了Ф90 mm×200 mm的圆柱形试样的平均晶粒尺寸变化,并在模锻压力机上开展了验证实验,结果表明所建立的双道次压缩晶粒尺寸演化模型能很好地预测300M高强钢平均晶粒尺寸的演化。

高溶质含量Cu-Ni-Si合金热压缩变形行为研究

电连接器用铜合金为目前5G通讯、新能源汽车等领域的重要材料,Cu-Ni-Si系合金因其优异的力学电学性能、良好的抗应力松弛性能成为该研究背景下广泛应用的材料。目前尚缺乏热变形制度对该合金显微组织影响机理的研究。本文研究了变形温度在600~950℃、应变速率在0.01~10.00 s-1条件下的高溶质含量Cu-Ni-Si合金铸锭的热变形行为,发现在高应变速率下,硬化和软化在变形过程中交替占据主导地位,流变应力呈“波浪形”变化。建立了合金的热变形本构方程和热加工图,获得了高溶质含量Cu-Ni-Si合金的热变形温度为900~950℃,探究了不同变形条件下合金热变形过程的软化机制。结果表明,在950℃低应变速率时,合金的再结晶主要以晶界弓出形核的不连续动态再结晶为主,而在应变速率较高时,主要发生位错转动合并形成新的大角晶界的连续动态再结晶。

中锰钢静态保温和热压缩过程中铁素体转变规律

利用热膨胀相变仪、Gleeble热模拟机等设备、采用扫描电镜研究了C-Si-Mn-Fe系中锰钢在静态保温和热压缩过程中的铁素体转变行为,分析了不同变形条件对于铁素体转变的影响规律。结果表明:Mn元素较低的扩散系数和随时间逐渐增加的扩散阻力大大制约了静态保温条件下铁素体的转变速度;而等温变形可以促进铁素体的转变过程,且等轴铁素体成链状分布在原奥氏体晶界周围,其形貌有单层、双层和多层;变形温度越低、应变速率越小、形变量越大,铁素体转变量越大;铁素体在等温变形过程中,其含量逐渐增加,将会显著软化材料组织,降低流变应力。

60NiTi合金的热压缩变形与显微组织演变

采用Gleeble-3500热模拟试验机对在变形温度500~650℃和应变速率0.001~1 s^(-1)条件下的60NiTi合金进行热压缩变形,分析其热变形行为和显微组织,建立变形本构模型,绘制热加工图。结果表明,当压缩温度升高或应变速率降低时,峰值应力减小。合金的热变形激活能为327.89 k J/mol,热加工工艺参数为变形温度600~650℃和应变速率0.005~0.05 s^(-1)。当变形温度升高时,合金的再结晶程度增大;当应变速率增大时,位错密度和孪晶数量增大,Ni3Ti相易于聚集;Ni3Ti析出相有利于诱发合金基体的动态再结晶。动态回复、动态再结晶和孪生是60NiTi合金热变形的主要机制。

2050铝合金热压缩过程表面开裂与应力-应变曲线关联性分析

对喷射态2050铝合金进行了温度为350~530℃,应变速率为0.01~10 s~(-1)的热压缩实验,分析了试样表面开裂情况及其与应力-应变曲线间的关联性。结果表明,应变速率低于1 s~(-1)时,变形温度越高、应变速率越低,试样表面越容易开裂。试样在应变速率为0.01 s~(-1)、温度为470℃压缩时表面出现了肉眼可见的微裂纹;随着温度增加至530℃,试样开裂程度加剧。在温度为530℃时,随着应变速率由0.01 s~(-1)增加至10 s~(-1),试样开裂程度先减小后增大,应变速率为1 s~(-1)的试样开裂程度最小。应变速率一定时,不同温度下应力-应变曲线变化趋势基本一致,变形温度越低、应变速率越大,变形抗力越高,温度为350℃、应变速率为10 s~(-1)时峰值应力最高,为119.8 MPa,温度为530℃、应变速率为0.01 s~(-1)时峰值应力最低,为15.3 MPa。对比开裂与未开裂试样的应力-应变曲线,未发现试样表面开裂对应力-应变曲线造成明显影响,可见应力-应变曲线不能反映热压缩过程中试样表面的开裂情况。

Mg-5Sm-1Gd合金的热压缩行为及热加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机对铸态Mg-5Sm-1Gd合金在变形温度为350~500℃及应变速率为0.01~1s^(-1)的条件下进行了热压缩实验,构建了合金的高温塑性变形的本构方程,建立并分析了合金的热加工图。结果表明:Mg-5Sm-1Gd合金在热变形过程中有动态再结晶行为发生,合金的峰值应力及流变应力都随着应变速率的升高和变形温度的降低而升高,合金的热变形激活能Q=201.967kJ/mol;合金在T=430~500℃、ε=0.01~1 s^(-1)区域内的能量耗散率大于30%且不发生失稳,适合进行热加工。

TC21钛合金热压缩工艺数值模拟与实验研究

对TC21钛合金在两相区进行了不同变形温度(830~920℃)和应变速率(0.01~1 s^(-1))下的热压缩实验,利用金相法和DEFORM-3D有限元模拟软件对合金在上述热变形条件下的热压缩过程进行了数值模拟研究。实验结果表明,随着变形温度的上升和应变速率的下降,合金α片层组织的球化体积分数不断增加。模拟结果表明,随着变形温度的上升和应变速率的下降,合金的等效应变和α片层组织的再结晶体积分数不断提高,等效应变和再结晶体积分数的最大都发生在合金的中心部位。当应变速率为0.1 s^(-1)、变形温度为920℃时,模拟获得的再结晶体积分数为40%,模拟结果和实验结果呈现较高的吻合度。将有限元模拟和热变形参数边界条件相结合,能够优化外部工艺条件。

多道次热压缩对层状TA2纯钛组织与性能的影响

使用Gleeble-1500热力学模拟测试机,分别在860℃与830℃下对过冷β组织的TA2纯钛进行了压缩量为10%~60%、应变速率为10 s^(-1)的五道次热压缩实验。结果表明,随着压缩量的增加,TA2纯钛的板条组织变细并破碎变短。当压缩量达到50%时,出现细小的等轴晶粒。对压缩量为0%~30%的试样进行拉伸性能测试,结果显示,随着压缩量的增加,材料的强度与塑性协同提升,抗拉强度由初始的444 MPa提升至566 MPa,延伸率由初始的20%提升至28%。对压缩试样进行电子背散射衍射(EBSD)观察,可以观察到少量孪晶,还在极图中发现了棱锥织构。

Fe-0.1C-5Mn中锰钢在双道次热压缩变形期间的静态再结晶行为

通过Gleeble-3500型热/力模拟试验机对Fe-0.1C-5Mn钢进行双道次热压缩试验,研究了变形温度(850,900,950,1000℃)、道次间隔时间(1,5,10,20,50,100 s)、应变速率(0.01,0.1,1 s^(-1))对该钢在热变形期间静态再结晶行为的影响,并基于应力、应变数据,绘制功率耗散效率图。结果表明:提高变形温度、延长道次间隔时间、增加应变速率有助于试验钢在双道次热压缩变形期间发生静态再结晶,其静态再结晶激活能为210 k J·mol^(-1);试验钢的稳定变形区分布于短道次间隔时间(1,10 s)的高应变速率区域(0.2~1 s^(-1)),以及长道次间隔时间(100 s)的低温低应变速率区域(850~925℃/0.01~0.2 s^(-1))。

Fe-28Mn-10Al-0.8C的热压缩行为及微观组织结构转变

通过Gleeble-3500热模拟机研究了铸态Fe-28Mn-10Al-0.8C低密度高强钢在850~1050℃温度范围和0.01~10 s^(-1)应变速率范围内的热压缩行为和组织转变。实验结果表明,Fe-28Mn-10Al-0.8C钢的动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX)行为与变形温度、应变和应变速率直接相关。基于双曲正弦函数和线性拟合,实验钢的可用活化能(Q)为454.64 kJ/mol。给出了实验钢在热压缩变形过程中的组织演变和动态再结晶过程:变形温度的升高或应变速率的降低,可促进奥氏体的动态再结晶和晶粒长大;随着应变速率的增加,会得到更细小的奥氏体动态再结晶晶粒。

铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热压缩行为及热加工图

目的研究铸态合金Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热压缩行为及热加工图,根据合金的用途和再结晶程度,确定最佳热加工艺参数,为合金后续变形提供参考。方法通过实验设计合金成分,称取一定质量的纯镁锭和二元中间合金,在真空熔炼炉中加热至760℃,保温至熔化,搅拌,静止,然后在钢磨具中空冷,得到合金锭。实际成分通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定;切取合适大小的铸锭进行X射线衍射实验。用于热压缩的铸态样品为圆柱形试样(ϕ10 mm×15 mm),在进行热压缩实验前,对所有样品表面进行抛光。使用Gleeble−3800热压缩模拟试验机对铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金进行热压缩试验,变形温度为573~723 K,应变速率为0.001~1 s^(-1)。经热压缩后将各试样立即进行水淬,以保持压缩变形组织。将压缩样品沿着纵轴切割压缩样品,然后抛光、蚀刻,并使用扫描显微镜进行检查,以观察微观结构的演变,计算该合金的变形激活能,并构建合金高温变形的本构方程,建立真应变为0.5时的热加工图。结果得到了铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热变形本构方程及真应变为0.5时的热加工图,合金热变形发生了动态回复和动态再结晶,合金的热变形激活能Q为198.58 kJ/mol。结论根据用途和再结晶程度,铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金的最佳加工参数为变形温度623~673 K、应变速率0.001~0.01 s^(-1),以及变形温度723 K、应变速率0.001~1 s^(-1)。

Mg-6Al-1Ca镁合金热压缩变形及本构方程

采用AG-100KN电子万能材料实验机对新型Mg-6Al-1Ca镁合金进行了热压缩实验,分析了该合金在温度为573~773 K、应变速率为0.001~1.0 s^(-1)条件下的材料流动行为和应变硬化行为。通过线性拟合分别构建了该镁合金的本构模型和动态再结晶模型,得到了Mg-6Al-1Ca镁合金应力与应变及应变速率的关系。并根据本构方程与实验值的对比,验证了该本构关系式。在低应变区,温度在573~673 K时,压缩曲线呈现显著的加工硬化特征,温度在723~773 K时,加工硬化现象不明显,在流动应力达到峰值后随即进入稳态流动状态;在高应变区,受动态再结晶和动态回复机制的影响,材料的流动行为表现为稳态流动的特征。

Pd-20W合金的热压缩变形行为和显微组织

采用Gleeble-3500热模拟试验机对Pd-20W合金进行热压缩试验,研究了合金在变形温度1000~1200℃、应变速率0.001~1.000s-1条件下的流变应力以及变形过程中的显微组织。结果表明,合金的流变应力在变形初期随着真应变的增大快速上升,出现峰值应力后逐渐下降并达到稳态或略有下降。该合金热压缩变形的流变应力行为可用Zener-hollomon参数来描述,拟合计算得到了该材料的形变激活能等参数,获得流变应力的本构方程。热压缩变形后合金组织呈现一定程度的协同变形特征,晶界动态再结晶趋势增强,合金的主要软化机制为动态再结晶,表现出典型的应变诱发晶界形核机制特点。

6061铝合金热压缩性能有限元的模拟

6061铝合金在汽车生产制造领域有着广泛的应用,对其压缩性能的研究具有重要的作用。以6061铝合金为研究对象,进行热压缩有限元模拟,对有限元模拟结果中的应力、应变及成形载荷结果进行分析。结果表明,等效应变在不同变形条件下基本相同,而等效应力随着压缩温度的增加明显减小。350℃时的热压缩载荷比400℃时大。压缩时的金属流动速度从顶部到底部逐渐减小,且在上部和下部中心存在两个金属难变形区。350℃时等效应变随压缩速度的增大而减小,但等效应力基本不受压缩速度变化的影响。该有限元模拟分析方法能为其他合金材料的研究提供一定的思路。

热压缩态下介观RLC电路的量子涨落

通过量子化RLC电路,讨论了在热压缩真空态和热压缩态下介观RLC电路中电荷。