5CrNiMo钢热锻模具渗氮强化效果比较分析

采用多元共渗软氮化及稀土催渗软氮化两种渗氮方式对5CrNiMo钢热锻模具进行处理,利用金相显微镜、X射线衍射仪,以及HDX-100数字式显微硬度计分析模具表面强化层组织、相结构以及显微硬度,研究渗氮强化处理对5CrNiMo钢热锻模具表面性能和寿命的影响。实验结果表明,经过多元共渗以及稀土催渗两种方式处理的模具,表面强化层厚度相当,约为190μm,渗氮得到的化合物主要由ε相-Fe2-3(N,C),γ'相-Fe4N和Fe3O4所组成。经过多元渗氮软氮化处理的模具渗氮层中Fe2-3N的含量明显高于经过稀土催渗软氮化处理的模具,两种处理方式得到的模具表面硬度分别提高66%和50%。两种处理方式得到的模具寿命分别延长20%和13%,单件产品成本降低8.57%和0.89%。

航空航天用电弧熔丝增材制造研究综述

电弧增材制造因其成形效率高、适用材料范围大、设备简单、工件尺寸不受限制等特点,在航空航天领域大型金属构件制备方面具有独特优势。对航空航天领域涉及的电弧熔丝增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)典型材料的微观组织及力学性能进行了总结分析,从增材过程工艺控制、增材后热处理以及复合增材技术三个方面综述了电弧熔丝增材工艺质量控制的方法,并概述了近年来大型金属构件电弧熔丝增材制造的应用情况,最后对大型金属零件电弧熔丝增材制造技术的发展方向进行了展望。

基于数值模拟的铸钢基体表面堆焊模具组织与性能研究

采用焊接有限元数值分析软件,建立了基于铸钢基体模具的焊接有限元简化模型,采用双椭球热源模型,模拟表面堆焊过程,并分析焊接温度场、应力场和组织变化。结果表明,温度场的实际测量值与计算值相吻合,说明了焊接模拟的正确性和有效性,也为下一步组织变化及应力场的计算提供了相应保证。并得到了铸钢基体模具表面堆焊过程温度、组织及焊接应力之间的变化规律,为进一步研究和优化制造工艺提供了可靠的依据。最后将堆焊试样经高温回火热处理消除残余应力,其组织由回火索氏体、针状下贝氏体和少量的碳化物组成,具有优异的力学性能、冲击韧性和耐磨性,可用于模具锻造生产应用。

X65管线焊接残余应力数值模拟

采用焊接有限元数值分析软件,建立了基于X65管线的焊接有限元简化模型,采用双椭球热源模型,模拟管线环缝焊接修复过程,并分析焊接温度场和应力场。结果表明,焊接残余应力随与焊缝中心距离的增加不断减小,在冷却到200 s后,由于熔融金属的凝固收缩,焊缝附近的Von Mises应力有上升趋势,最大值出现在焊趾位置,管内壁为523 MPa,管外壁为489 MPa。焊后需采取必要措施消除焊接残余应力,以避免因应力过大而产生的裂纹等缺陷。

增材制造高性能功能梯度材料研究进展

功能梯度材料是一种成分和结构连续梯度变化的复合材料。FGM可以使用多种成熟的加工方法制造;然而,众所周知,现有的合成方法存在固有的缺点。增材制造(AM)为克服现有方法的缺点提供了一条有益的途径,并且可以实现结构和材料的定制化设计,为创建特定功能的功能梯度材料提供了很好的途径。为了提高增材制造中功能梯度材料的性能,在本文中描述和讨论了目前对结构的优化设计、制造过程的优化两方面做的相关讨论,并深入了解未来的研究方向。

使用遗传算法增强GH4169高温合金BP-ANN本构模型的预测稳定性

为了更好地描述GH4169高温合金的塑性流动行为,利用Gleeble 1500热模拟试验机进行了不同变形温度和应变速率下的GH4169高温合金等温热压缩试验。基于真实应力-应变数据建立了GH4169高温合金反向传播人工神经网络(BP-ANN)本构模型,并进一步考察了本构模型的预测稳定性与模型参数之间的关系。预测结果发现,GH4169高温合金BP-ANN本构模型的输出对模型参数具有很强的依赖性。针对这一问题,本研究采用遗传算法(GA)优化BP-ANN本构模型的方法,建立GA-BP-ANN集成本构模型。优化后的结果表明,GH4169高温合金的GA-BP-ANN集成本构模型大幅增强了BP-ANN本构模型的预测稳定性,提升了BP-ANN本构模型的泛化能力。

基于等寿命设计的热锻模区域划分与选材

将等寿命设计思想引入锻模设计中,结合实际模具服役情况以及模具各个区域的温度、应力、磨损特点,将模具划分为不同的区域并针对各区域特点进行模具选材及制造工艺设计,以达到提高模具寿命及模具材料利用率、降低模具成本的目的。

GH4163锤锻模梯度增材再制造研究

通过计算机有限元数值分析与GH4163锻件锤锻模失效分析相结合,优化设计了该锻模梯度增材再制造模型及工艺。实际生产验证,再制造锻模锻打后模具基本无变形,模具表现很好,表面无明显的刮擦等现象,采用JX32焊材的模具局部表面呈金黄色,基本无磨损。原锻模压塌、墩挤变形以及磨损严重部位均得到极大改善,极大提高了该锻模的服役寿命。

16 t锤锻模延寿研究

通过计算机有限元数值分析与锤锻模失效分析相结合,优化设计了某16 t锤锻模梯度增材再制造模型及工艺。梯度增材再制造锻模与原锻模相比,模具表面硬度提高,耐磨性大幅提升,开裂趋势显著降低,锻模的服役寿命得到极大提高。通过优化,有效地解决了锤锻模变形、开裂等问题,达到延长模具寿命、实现模具循环再制造的目的。

Influence of Rare Earth Elements on Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Cu-15Ni Alloy

In order to improve the mechanical property and Cl- ＋ S2- corrosion resistance of B15 copper.nickel alloy, Cu.15Ni-xRE （x： 0-0.1% by weight） alloy was prepared by adding rare earth （RE） in melted Cu-15Ni alloy using metal mould casting method. Optical microscopy（ OM）, electronic tensile testing machine, X-ray diffraction （ XRD ）, scanning electron microscope （ SEM ）, and electrochemical testing system were used to analyze mechanical property, corrosion resistance property, and surface microstructure of different treatment samples. The results of OM and tensile testing show that the RE addition can effectively deoxidize the alloy melt and the microstructura of the alloy changes from coarse dendrite to small equlaxed grain. By addition of 0.05 % RE, the tensile strength and elongation of Cu-15Ni alloys are improved from 294 MPa to 340 MPa, and 8 % to 33.5 % respectively. The results of electrochemical testing show that the corrosion resistance of Cu-15Ni alloy is greatly improved by adding proper amount of RE, whereas excess addition of RE worsens the corrosion resistance. The optimum RE content was about 0.05 % by weight. In comparison with the alloy without RE, the corrosion potential and corrosion current density of Cu-15Ni alloy containing proper RE decreased by about - 0. 28 V and 70 A/cm2, respectively.

基于田口法的超大型涡轮盘锻造工艺参数多目标优化

直径超过2 m的超大型涡轮盘的锻造载荷接近甚至超过了国内最大压力机的极限(800 MN),是真正的极限制造。因此,保持良好的力学性能和控制锻造载荷是超大型涡轮盘热锻生产过程中必须同时兼顾的2个因素。基于田口法设计了25组不同的热锻参数,采用SNR和ANOVA方法对有限元模拟结果进行多目标优化分析,获得了最优锻造载荷和最均匀细化的再结晶组织,确定了极端制造条件下的最佳工艺参数组合(温度1120℃,应变速率0.06 s^(-1),预锻尺寸985/610/475 mm,模具温度280℃)。各参数对模拟结果的重要性顺序如下:变形温度>应变速率>坯料形状>>模具温度。使用最佳参数组合获得的实验结果与数值模拟结果吻合较好,表明该方法可以避免大量实验和数值模拟工作量,有效地控制超大型锻件的载荷和微观组织。

钛合金框锻件热锻过程中低倍组织分层及模具磨损行为的数值分析

TC18钛合金锻件低倍组织出现分层现象。较亮的低倍组织具有较低的性能,通常被称为冷模组织。降低冷却速度可能会减少冷模组织的产生,但也可能加剧模具磨损。通过模拟和实验研究了TC18钛合金框锻件热锻过程低倍组织分层、模具磨损与工艺参数间的关系。通过二次开发将冷模组织和磨损深度预测模型导入DEFORM软件。利用开发后的软件模拟了钛合金框锻件连续锻造生产过程,研究了冷模组织和磨损特性。利用响应面法和优化参数,讨论了不同参数下模具磨损与冷模组织厚度间的关系。结果表明:钛合金锻件冷模组织含量主要受接触条件的影响,而锻模磨损深度主要受模具预热温度的影响。应用玻璃纤维润滑剂能在不显著增加磨损深度的前提下实现锻件冷模缺陷组织含量的有效降低。

热锻模表面喷丸及多元氮碳共渗复合强化工艺

分别采用喷丸处理、多元氮碳共渗及喷丸+多元氮碳共渗复合强化处理3种方法对5CrNiMo钢试样及其热锻模具进行了表面处理,采用金相显微镜、显微硬度测试仪以及高速往复微摩擦试验机等对5CrNiMo钢试样的强化层组织、显微硬度以及摩擦磨损性能进行了对比分析。结果表明,喷丸加多元氮碳共渗复合强化处理得到的渗氮白亮层的平均厚度比只经多元氮碳共渗的增加了一倍,渗层深度增加2倍,工件表面显微硬度也提高了85 HV0.5左右,同时其摩擦磨损性能也得到了显著改善。通过模具现场使用表明,采用喷丸加渗氮复合表面强化的热锻模具的使用寿命比没经喷丸预处理的提高了29%,复合处理效果显著。

铸钢基体堆焊模具服役前后基体的组织与性能

在对铸造锻模失效分析和服役条件的基础上,设计了一种用于堆焊模具基体的低合金铸钢的化学成分及热处理工艺,并进行了实际制造和生产试验。利用光学显微镜、电子万能试验机和HDX-100数字式显微硬度计分析了试验铸钢基体堆焊模具服役前后基体的组织和性能。结果表明,服役前后铸钢基体显微组织均为珠光体、铁素体和碳化物;服役后偏析减弱,表面未见显微裂纹。服役后铸钢基体抗拉强度、屈服强度、伸长率及断面收缩率及硬度均有所降低,下降比例分别为34%、17%、17%、32%及10%。服役后的试验铸钢基体仍满足堆焊锻模的使用要求,可进行后续再制造。

铸钢基体双金属堆焊热锻模温度场及其对硬度的影响

工作温度对热锻模的寿命有很大影响,热锻模的失效与其所受热负荷密切相关。通过Deform-3D模拟得到了铸钢基体堆焊模具连续工作状态下的温度分布规律。利用HDX-100数字式显微硬度计检测了该模具服役前后各层的硬度变化。结果表明,锻模连续工作时表层温度范围为550~650℃,服役前后硬度变化明显,最大降幅约为250 HV0.5;近表层温度范围为470~550℃,服役前后硬度降幅约为40 HV0.5;基体区连续工作时处于315℃左右恒温,对该区材料服役前后的硬度影响不大。