18Cr2Ni4W钢的热变形行为及热加工图

在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.005~0.5 s^(-1)及真应变为0.8的条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对18Cr2Ni4W钢进行热压缩试验,分析其真实应力-应变曲线,基于双曲正弦函数,建立了18Cr2Ni4W钢的热变形本构方程;采用动态材料模型(DMM),建立了18Cr2Ni4W钢在真应变为0.8时的热加工图。结果表明:18Cr2Ni4W钢在热加工过程中发生了动态再结晶,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而增加;峰值应力随应变速率的降低和变形温度的升高而降低。失稳区主要集中分布于变形温度为860~950℃、应变速率为0.03~0.5 s^(-1)的范围内,其显微组织为沿变形方向拉长的带状组织,并存在局部流动性,对应的功率耗散η值较低,小于0.2;安全区的显微组织是典型动态再结晶组织,功率耗散η值较高,在0.28~0.49之间。在真应变为0.8时,18Cr2Ni4W钢最佳的热加工工艺为:变形温度为975~1050℃、应变速率为0.01~0.14 s^(-1)以及变形温度为1050~1200℃、应变速率为0.01~0.5 s^(-1)。

数控转台蜗轮转动元动作的热变形有限元分析

为研究数控转台传动系统元动作的热误差建模方法,首先介绍了元动作理论以及有限元数值模拟的温度场模型假设及边界条件,并分析了温度场仿真所需的摩擦机理及参数计算方法.采用ANSYS仿真分析从稳态和瞬态两个方面对转动元动作进行数值模拟,并给出其中关键元动作的温升曲线,分析了元动作瞬态、稳态及热-结构耦合温度场和变形场,得到元动作温度分布云图、温升量及热变形量.通过热变形理论计算和热变形有限元分析,得到考虑动作件热变形的传动系统元动作热误差模型.

热变形对CLAM钢多尺度组织的影响研究

目的明确热变形对CLAM钢多尺度组织的影响规律,进而为采用形变热处理工艺获取细小弥散的析出相提供指导。方法利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及X射线衍射(XRD)研究了CLAM钢在不同变形温度(550、650、750、850℃)和不同变形量(30%、45%、60%)下多尺度组织的变化规律。结果当变形量一致(30%)时,CLAM钢在变形温度为550℃时达到最大位错密度(2.69×10^(15)m^(–2))与最大界面长度(19910.3μm);在变形温度为750℃时,达到最小位错密度(2.53×10^(15)m^(–2));在变形温度为850℃时,达到最小界面长度(12594.3μm)。当变形温度一致(850℃)时,CLAM钢在变形量为60%时达到最小晶粒尺寸(53.24μm)、最大位错密度(4.22×10^(15)m^(–2))和最大界面长度(20657.8μm)。结论CLAM钢在热变形过程中发生了回复,并在变形温度为850℃时发生了再结晶。当变形量一致时,随着变形温度的提升,位错回复与界面迁移加速,使位错密度及界面长度逐渐降低。但是当变形温度达850℃时,受到高温淬火的影响(淬火温度与变形温度一致),位错密度出现异常增大。通过建立变形温度与位错密度的关系模型,计算出CLAM钢在850℃下因淬火畸变造成的位错增殖为(0.53±0.09)×10^(15)m^(–2)。当变形温度一致时,随着变形量的增加,加工硬化得到提高,多尺度组织得到细化,使位错密度及界面长度逐渐增大,同时再结晶的驱动力得到增加,使晶粒尺寸逐渐减小。

Ti65钛合金热变形行为及本构方程

利用WDW-100H万能试验机对Ti65钛合金进行了等温恒应变速率热压缩实验,变形温度为840~1010℃,应变速率为0.001~0.1 s^(-1),建立了应变补偿型Arrhenius本构方程和热加工图。结果表明:在840~880℃内流动应力曲线波动较大,在880℃时峰值应力与稳定后应力之间的降幅最小,为24%,对温度敏感性较大;在920~1010℃内流动应力曲线较为平稳,在920℃时峰值应力与稳定后应力之间的降幅最大,为30%,对温度敏感性较小。采用应变补偿型Arrhenius本构方程可以较好地预测Ti65钛合金在变形条件为840~1010℃和0.001~0.1 s^(-1)下流动应力的变化规律。根据相关系数R=0.994和平均相对误差e AARE=6.9%可以判断出该模型精度较高,平均应变速率敏感性指数m为0.31。在应变为1.0时建立热加工图,发现Ti65钛合金在低温高应变速率下可能会发生失稳,在低温低应变速率下会发生再结晶行为。最终得出Ti65钛合金的最佳热变形工艺参数,即温度区间为940~980℃,应变速率区间为0.01~0.001 s^(-1)。

甘蔗收获机多路阀阀芯的温升及热变形仿真分析

多路阀是甘蔗收获机械液压系统的核心元件,用于控制多个工作装置的协同作业。针对其阀口压差变化大,节流温升明显,易造成阀芯变形卡滞的问题,对多路阀阀芯进行了流固热耦合仿真研究。利用Design Model软件抽取对应流道,并建立不同开度的多路阀流场仿真模型,导入ANSYS Workbench平台进行不同工况下的流固热耦合仿真,分析对比了双U形和三角形节流槽在不同开度、不同进出口压差工况下,多路阀内部流场的流体速度、阀芯温度及变形的情况。结果表明:双U形、三角形节流槽阀芯最高温度始终在节流槽处;随着阀进出口压差增加,油液的最大流速以及两种节流槽型阀芯的最高温度和最大形变量增大,但三角节流槽型阀芯变形相对较小;随着阀口开度的增加,三角节流槽型阀芯温度及最大形变量均小于双U形节流槽阀芯;三角节流槽型阀芯的最大形变量较双U节流槽型阀芯小25.1%。为农业机械多路阀阀芯节流槽设计提供了理论依据。

粉末冶金Mo–14Re合金热变形行为及微观组织演变

通过Gleeble 1500热模拟试验机对粉末冶金法制备的Mo–14Re合金进行了恒应变速率压缩实验,分析了变形温度(1100~1400℃)和应变速率(0.100~0.001 s-1)对流变应力及组织演变的影响,并采用双曲正弦型Arrhenius模型建立了Mo–14Re合金的本构方程。结果表明:随着变形温度升高或者应变速率降低,粉末冶金Mo–14Re合金在热变形过程的流变应力也随之减小,真应力–真应变曲线表现出明显的加工硬化和动态软化现象。动态软化行为主要归结于粉末冶金Mo–14Re合金热压缩变形处于低应变速率(0.010 s-1和0.001 s-1)或较高变形温度(>1200℃)时发生的动态再结晶,形核方式为晶界凸出形核,随着应变速率的降低或温度的升高,再结晶程度不断增加,晶粒不断长大,当温度为1400℃,应变速率为0.001 s-1时,完全再结晶完成。

C650R镍基耐热合金热变形行为

采用Gleeble-3800热模拟试验机,在变形温度950~1200℃、应变速率0.001~1 s^(-1)范围内,对C650R镍基耐热合金进行了热压缩模拟试验,研究了材料在热压缩过程中的热变形行为和组织演变。结果表明,C650R合金的流变应力随真应变增加先迅速增加,到达峰值后逐渐降低,C650R合金呈现明显的动态结晶软化机制。C650R合金降低了固溶强化元素Co和Mo的含量,变形抗力较低,具有良好的热加工性能。构建了C650R合金的热加工图,结合组织观察,确定了合适的热加工区间:变形温度1060~1170℃,应变速率0.1~1 s^(-1)。

空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证

在轨热变形是影响空间可展开天线精度的关键因素之一,因此,空间可展开天线结构的在轨热变形分析具有十分重要的意义。随着空间探测任务要求的不断提高,铰链热变形对空间可展开天线指向精度的影响已经不可忽略。以某空间可展开天线的根部铰链和臂间铰链为研究对象,建立其有限元模型,计算铰链主弯方向和侧弯方向在温度每变化10℃时相对角度的变化。基于高低温箱和电子经纬仪构建铰链精度测试系统,开展铰链热变形试验。试验结果表明:根部铰链和臂间铰链在主弯方向和侧弯方向呈现纯结构热变形特性,仿真结果与试验分析结果基本一致,验证有限元模型和试验分析方法的正确性。根据铰链主弯和侧弯方向角度相对变化,评估热变形对铰链变形的影响。该建模和试验分析方法可为同类型空间可展开天线设计、分析和优化及类似可展开机构精度影响因素的分析提供参考。

热变形处理对22Cr氧化物弥散强化钢显微组织及力学性能的影响

对热等静压制备的22Cr-ODS钢进行热变形处理。采用SEM、力学性能测试等方法研究了热变形处理对22Cr-ODS钢显微组织以及力学性能的影响。结果表明:热等静压态钢中晶粒呈现出块状特征,晶界处存在连续的条状析出相,恶化材料的性能,导致了钢的脆性断裂。而经过热变形处理之后,晶粒尺寸大幅度下降,析出相分布更加均匀弥散;钢的屈服强度、抗拉强度以及伸长率均有不同程度的提高。断裂类型有脆性断裂转变为韧性断裂,但同时断口表面存在层状裂纹,这与热变形的温度以及保温时间有关。

热变形对2A97铝锂合金板材组织均匀性和力学性能的影响

针对2A97铝锂合金组织不均匀导致的性能差异,通过热塑性变形来改善2A97铝锂合金的组织均匀性,并进一步提升其力学性能。采用单向压缩的方法,变形量选择30%和60%,变形温度为400℃,固溶参数为520℃、1 h,时效参数为165℃、50 h。结果显示,热变形能够显著改善2A97铝锂合金晶粒尺寸的均匀性,抑制固溶时织构的产生。60%变形量能够打碎原始组织中的大块共晶相和针状析出相,提高固溶程度,促进再结晶过程,产生大量平均晶粒尺寸为2μm的再结晶晶粒,时效后析出的T1相与θ′相尺寸较小且密集,2A97铝锂合金的极限抗拉应力达到510 MPa,相比单纯固溶时效提高了11.8%。

瞬态热变形对2195铝锂合金组织和性能的影响

为探究瞬态热变形对2195铝锂合金组织和性能的影响,基于快速升温-大变形的方法,利用透射电镜和维氏硬度计等测试手段,对比分析了3种不同方案下2195铝锂合金的微观组织和力学性能,3种方案分别为加热保温未变形-时效处理(稳态未变形)、加热保温大变形-时效处理(稳态热变形)和加热不保温大变形-时效处理(瞬态热变形)。研究结果表明,瞬态热变形促进了时效过程中T1相(Al_(2)CuLi)和δ′相(Al_(3)Li)的析出,有利于提高2195铝锂合金的力学性能;另外,瞬态热变形过程中发生了不连续动态再结晶,其晶界处细小的析出相阻碍了晶界迁移,使得瞬态热变形试样晶粒细化显著。在相同热处理制度下,各试样的硬度大小排序为:瞬态热变形试样>稳态热变形试样>稳态未变形试样。

微量Zr添加对6082铝合金热变形再结晶组织演变的影响

为探究微量Zr合金化对6082铝合金热变形组织及其后续热处理过程中再结晶的影响,对比研究6082铝合金和含Zr的6082铝合金在不同应变速率(0.01,1 s^(-1))下的热变形行为及微取向演变,分析热处理前后晶粒组织的演变过程,进一步讨论添加Zr对6082铝合金的热变形亚晶组织和再结晶组织的调控作用。结果表明:添加Zr使6082铝合金在热变形过程中的再结晶以不连续动态再结晶为主,同时也发生了粒子激发形核(particle stimulated nucleation,PSN)机制产生的再结晶,在热变形过程中,Zr还起到了抑制再结晶的作用。微量Zr合金化后亚晶尺寸减小、位错密度增加,再结晶水平降低,且应变速率越高的试样再结晶水平越低,Zr的加入促进了6082铝合金在热变形过程中不连续动态再结晶的产生。

Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金的热变形行为及热加工图

通过熔炼铸造制备了Mg-4Sm-3Gd-0.5Zr合金,经均匀化处理(525℃×6 h)后,随后在变形温度为360~480℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)条件下对其进行了热压缩实验,确定了合金发生动态再结晶时峰值应变和临界应变的关系,计算了合金的热变形激活能,构建并分析了合金的热变形本构方程和热加工图。结果表明:在热变形过程中合金有明显动态再结晶行为,其发生动态再结晶的峰值应变几乎都是临界应变的2.21倍,且合金的流变应力随着应变速率的升高和变形温度的降低而升高;采用热变形本构方程计算的合金热变形激活能Q为240.039 kJ/mol;合金的最佳加工区间为变形温度为420~480℃、应变速率为0.01~0.049 s^(-1),该区间内的能量耗散率η>30%且不发生失稳。

辐射废锅内辐射屏水冷管热变形数值模拟研究

煤气化技术是煤炭清洁高效利用的有效途径,其中带辐射废锅的气流床气化工艺能够有效回收高温合成气显热,提高能源利用率。辐射废锅内部增设辐射屏水冷管,可在保持辐射废锅水冷壁整体结构紧凑的同时提高传热面积。为研究气化炉操作条件下辐射废锅内辐射屏水冷管的热变形,利用流体−结构耦合原理建立三维辐射屏模型进行模拟分析。模拟结果表明:在正常操作工况下,水冷管整体在距顶部5.30 m处温度达到最大值。在周向方向上,最靠近炉膛中心的1号水冷管表面温度成抛物线形分布,向火侧中间位置温度最高,向火侧和背侧最大温差达到60 K;在相邻水冷管的冷却作用下,2~5号水冷管表面温度成双峰状分布。水冷管的空间布置直接影响水冷管表面的温度分布。未加固定的辐射屏水冷管中最靠近炉膛中心的1号水冷管局部变形量最大为5.20 cm,π方向的最大偏移量为4.58 cm,超过相邻水冷管的间距,水冷管之间易发生碰撞。水冷管间增加固定后,水冷管发生整体变形,最大热变形量为3.28 cm,较未加固定的减小36.9%,π方向的相对偏移基本消失,水冷管之间的局部变形远小于管间距。增加固定可有效避免水冷管之间的碰撞。进口合成气温度和表面沉积的变化不同程度影响水冷管表面温度梯度和变形量,偏移方向均为水冷管的π/2侧。

弥散铜/35Cr电触头材料的热变形行为

通过快速热压烧结和内氧化法相结合制备了Al_(2)O_(3)-Cu/35Cr复合材料,在变形温度和试验速率分别为650~950℃和0.001~1 s^(-1)下,采用Gleeble−1500D型试验机对材料进行热变形试验,通过其真应力−真应变曲线分析了两种试验参数对流变应力的影响,并构建了复合材料的本构方程和热加工图,分析其热加工参数。结果表明:复合材料的Cr颗粒均匀分布在纳米γ-Al_(2)O_(3)弥散强化Cu基体上,其烧结态致密度、导电率和显微硬度分别为98.9%、44.4%IACS和145HV。Al_(2)O_(3)-Cu/35Cr复合材料具有热敏感性和正应变速率相关性,并且在变形量为0.3~0.5时最佳变形温度和应变速率参数分别为650~680℃、0.55~1 s^(-1)和810~950℃、0.007~0.123 s^(-1)。

指尖密封各向异性流动传热及热变形研究

航空发动机中指尖密封通常工作在高压差、高温及高转速的环境中,为研究其内部复杂的流动传热及热变形问题,建立指尖密封各向异性流动与传热的三维流场模型和用于热变形分析的固体模型,基于流场模型,得到不同工况下指尖密封的压力场和温度场,并将其作为边界条件加载到固体模型进行热变形分析。结果表明:在流动与传热方面,泄漏率随压差的增大而增大,随转速的增大而略有下降,随过盈量的增大而减小;各向异性与各向同性传热相比,由于考虑了轴向接触热阻,所以其轴向温度梯度变化量更大;最高温度随转速的增大而增大,且随压差的增大而减小。在热变形方面,径向最大变形量随转速及过盈量的增大而增大,转速与压差对轴向变形量影响较小;相同过盈量下,径向最大变形量约为安装过盈量的21.6%,轴向最大变形量约为安装过盈量的4.68%;在相同压差下,过盈量每增加0.1 mm,径向最大变形量约增加89.89%,而泄漏率相应减小4.86%。研究可为接触式指尖密封结构参数优化及密封失效分析提供一定参考。

12Cr13马氏体不锈钢热变形行为及微观组织分析

基于变形温度950~1150℃、应变速率0.1~10 s^(-1)等温热压缩实验数据,构建12Cr13钢的流变应力模型和热加工图,通过研究热变形中金属的微观组织演变规律,并优化工艺,使马氏体大角度晶界以及晶界密度均显著增加。研究结果表明:在低温低应变速率(950℃/0.1 s^(-1))条件下,原子空位扩散和位错滑移困难,此时动态再结晶不充分,动态回复占主导变形机制;然而在高温中应变速率(1100℃/1 s^(-1))条件下,再结晶晶粒数目显著增多,表现为锯齿状不连续动态再结晶特征,实现了晶粒细化,提高了材料的强韧性;此时δ铁素体相占比较少,δ铁素体相呈现等轴状分布,且晶界棱角形貌稳定存在。进一步研究发现,变形温度和应变速率同样对马氏体钢固态相转变影响显著,较高的变形速率对δ铁素体相的析出产生正面影响,而变形温度的影响归功于固态相变的驱动力。

GH4169合金DP工艺中的热变形行为及应变补偿本构模型

针对GH4169合金的Delta工艺(delta process,DP),以δ时效处理后的GH4169(delta processed GH4169,DP-GH4169)合金为研究对象,用Gleeble-3800热/力模拟试验机在温度为954~996℃和应变率为0.005~0.1 s^(-1)下对DP-GH4169合金进行等温恒应变率压缩试验,分析其热变形行为。基于Arrhenius模型和考虑应变对材料参数的影响,建立DP-GH4169合金的应变补偿本构模型。结果表明:DP-GH4169合金热变形中的主要软化机制为动态再结晶和片层状δ相球化;当应变率高于0.01 s^(-1)时,合金发生了不连续屈服行为;当应变大于0.8后,由于加工硬化作用大于软化作用,流动应力和变形激活能随应变增大而增大;建立的应变补偿本构模型具有较好的预测精度,线性相关系数R和平均相对误差分别为0.9915和4.2498%,能用于表征DP-GH4169合金热变形时的流动应力。

考虑机身累积热变形的高速飞机气动布局稳健优化

长时间、重复的高马赫数飞行会因综合力/热效应累积而引起飞行器几何布局变形。本文以高速飞机高马赫数长航时巡航所产生的机身累积热变形效应为不确定性输入,对该不确定性因素进行了表征建模,而后将其引入到气动布局的优化设计中,建立考虑机身累积热变形的高速飞机气动布局稳健优化模型,并提出模型求解策略。通过4个不同优化模型的对比,验证了本文稳健优化模型和策略的有效性。仿真分析结果指出,累积热变形效应会影响飞行器气动性能的准确预测,预测偏差的传播会影响优化的收敛方向,并最终影响最后的优化构型。

考虑结合部热变形的滚动导轨刚度特性分析

为提高滚动导轨副动态刚度,基于弹性力学中Hertz接触理论,考虑外载荷、预紧力、热变形等因素的影响下,对滚动导轨副进行了动态Hertz接触刚度建模。从单个滚珠-滚道接触特性出发,对比分析了滚珠-滚道接触变形关系。以某NSK直线导轨为对象,分析了导轨副在3种预紧力等级下不同垂直载荷对导轨副刚度特性影响规律。运用有限元软件对比仿真分析了不同垂直载荷下导轨副Hertz接触变形以及热变形对导轨副接触刚度的影响,结果表明:预紧力对临界载荷的影响较大从而影响滚动导轨副的刚度;摩擦热变形随着载荷的增加使导轨副接触刚度降低,对比验证了考虑热变形的接触刚度建模方法的合理性以及模型的准确性。