TiB_(2)·TiAl_(3)/2024Al复合材料多向锻造数值模拟研究

目的研究TiB_(2)·TiAl_(3)/2024Al复合材料多向锻造金属流动行为,以及锻造温度、锻造道次对复合材料再结晶行为及基体晶粒尺寸的影响。方法将TiB_(2)·TiAl_(3)/2024Al复合材料的本构模型及再结晶动力学模型导入Deform-3D有限元模拟软件中,建立复合材料多向锻造的数值仿真模型。通过数值仿真方法分析锻造温度和锻造道次对复合材料多向锻造组织的影响规律。结果多向锻造变形过程中,剧烈塑性变形和动态再结晶主要分布在材料试样内部的呈“X”形状的区域,单次下压最大等效应变为1.42。锻造1道次时,锻造温度从350℃升至500℃,再结晶体积分数从65.0%升至69.7%,平均晶粒尺寸由350℃的24.6μm降至500℃的21.5μm。在450℃锻造温度下,1道次锻造后,再结晶体积分数为69.2%,平均晶粒尺寸由铸态的45.0μm减小到21.9μm;2道次锻造后再结晶体积分数为89.5%,平均晶粒尺寸为16.3μm;3道次锻造后坯料的再结晶体积分数为96.1%,平均晶粒尺寸为14.3μm。与试验结果比较可知,模拟结果准确可靠。结论提高锻造温度和增大锻造道次可以促进试样发生动态再结晶,从而达到细化晶粒的目的。

Strengthening mechanisms based on reinforcement distribution uniformity for particle reinforced aluminum matrix composites

A modified mixed strengthening model was proposed for describing the yield strength of particle reinforced aluminum matrix composites.The strengthening mechanisms of the composites were analyzed based on the microstructures and compression mechanical properties.The distribution uniformity of reinforcements and cooperation relationship among dislocation mechanisms were considered in the modified mixed strengthening model by introducing a distribution uniformity factor u and a cooperation coefficient fc,respectively.The results show that the modified mixed strengthening model can accurately describe the yield strengths of Al3Ti/2024Al composites with a relative deviation less than1.2%,which is much more accurate than other strengthening models.The modified mixed model can also be used to predict the yield strength of Al3Ti/2024Al composites with different fractions of reinforcements.

磁场作用下铝/钢CMT焊接温度场及熔池流动行为

为探究纵向磁场在铝/钢冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)焊接过程中的作用机理,采用ANSYS软件对纵向磁场作用下电弧形态、温度分布和熔池流动行为进行数值模拟,重点研究不同线圈励磁电流对焊接温度场和熔池流动行为的影响。结果表明,外加磁场可以改变电弧等离子体的运动行为,进而影响了焊接电弧在基板表面和熔池内部的热量传导行为。施加磁场后,熔池中的峰值温度发生下降,峰值温度区域由熔池中心转向熔池外围,铝/钢界面处的高温停留时间和温度也随之下降。此外,外加磁场改变了铝液熔池内部的流动行为。熔池内部的流动特征由无磁场时的单一环流,转变为有磁场作用时的双环流流动特征。随着励磁电流的增加,熔池内部的流速和流动范围有增大的趋势。

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr合金β相区热变形行为及位错密度内变量本构模型

通过热压缩模拟试验机Gleeble3500进行了Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)合金在β相区的热模拟压缩试验(变形温度为860、885、910、935℃,应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s^(-1)),采用光学显微镜分析了材料的组织演化行为。结果发现,Ti-55531合金变形过程中的动态软化效应以动态回复为主,在低应变速率下,组织呈现再结晶特征。为了通过材料变形机制去描述流动应力行为,考虑加工硬化和动态软化机制对位错密度的影响,建立了Ti-55531合金在β相区的位错密度内变量本构模型。结果表明,该模型能够准确预测Ti-55531合金在β相区的热变形行为。

铝钢双金属构件触变软芯复合锻造成形数值模拟及验证

提出了触变软芯复合锻造成形技术,以某型铝钢双金属标准圆柱直齿轮为成形对象,通过有限元模拟研究了不同钢质层初始壁厚以及初始温度时的双金属协调变形行为。结果表明,铝/钢协调变形行为主要受钢质层初始壁厚与半径的比值影响;铝/钢在协调变形过程中形成机械互锁,钢质层齿顶壁厚增加,齿根壁厚明显减薄,成为开裂危险区;提高钢质层温度有助于改善其流动性,但温度过高时,铝芯接触到钢质层后被快速加热,流动应力大幅降低而流动紊乱。钢管初始温度为1 100℃、初始壁厚为4 mm时,齿轮成形品质较好。基于仿真分析设计了成形试验,获得了成形品质良好的铝钢双金属齿轮,证明触变软芯复合锻造技术可实现复杂铝钢双金属构件近净成形。