热压参数对TA15合金流动应力及显微组织的影响

在α＋β两相区和β单相区对TA15合金进行恒应变速率等温压缩试验，实测得到了一组流动应力应变曲线，并对流动应力及压缩后的显微组织变化规律进行分析。结果表明：应变速率对TA15合金的流动应力有显著影响，变形温度对流动应力的影响程度与应变速率大小密切相关；较低温度快速压缩时易得到均匀细小等轴α相组织，慢速压缩时组织有一定的粗化。较佳等温压缩温度为900℃～980℃，应变速率可根据锻件成形、组织性能及生产率的需要在一定范围内选取，宜采用适当大的应变速率。

300 M高强钢高温流变行为及本构方程

通过Gleeble 3500高温热模拟压缩实验,研究300M高强钢在变形温度900~1 150℃、应变速率0.01~10 s-1条件下变形温度和应变速率对材料流动应力的影响规律,建立高温热变形材料本构方程。研究结果表明:变形温度和应变速率对300M钢材料流变应力都有显著的影响,随着变形温度的降低和应变速率的增加,材料流动应力增加;建立了材料常数α,n,ln A和激活能Q与真应变之间的非线性四项式函数关系;所建立材料本构方程预测值与实验值具有较好的一致性,说明该本构方程能够准确地描述300M钢热变形条件下的材料流变行为。

Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金热变形激活动态再结晶的临界条件识别及表征

热压缩实验获得Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金在温度1073～1323K,应变速率0.01～10s-1条件下的真应力-应变曲线,以此作为识别及表征动态再结晶临界条件的底层数据。对比分析流变应力曲线发现高温、低应变速率下动态回复型软化态势显著;低温、高应变速率下动态再结晶型软化态势显著。引入材料加工硬化率θ,结合θ-σ曲线拐点判据识别了流变应力曲线隐含表征激活动态再结晶的特征参量:临界应变、临界应力。采用含动态再结晶激活能Q的Arrhenius方程求得α、β、n1、n2等材料常数并获得该合金动态再结晶激活能对应变速率及温度的响应图。进一步引入表征动态再结晶临界条件的临界应变模型,获得了临界应变与各热力参数之间的数学关系,验证表明该临界模型预测精度最大为12.9%。

起落架外筒锻件局部控流模锻工艺研究

针对起落架外筒锻件头部凸起高又窄、不易充满的特点,提出调节局部飞边桥部尺寸以控制局部金属流动的方案,基于主应力法和体积相等原则建立了飞边尺寸求解模型,确定了终锻件局部飞边桥部尺寸。同时,对起落架外筒锻件的锻造工艺方案进行设计,运用有限元数值模拟软件DEFORM-3D对起落架外筒锻件热模锻全流程模拟。模拟结果表明,通过飞边局部控流获得了形状合格、表面无缺陷的终锻件,降低了成形载荷,提高了材料利用率。在相同条件下进行了物理实验,实验结果与模拟结果基本一致,验证了飞边局部控流方案的可行性。

300M超高强钢起落架外筒模锻件锤锻工艺

利用Gleeble-1500热模拟试验机对300M超高强钢进行了热压缩试验,建立了材料流变应力模型;采用DEFORM 3D有限元软件对300M超高强钢起落架外筒模锻件锤锻成型过程进行了数值模拟,研究了不同工艺参数对锻件成型的影响。结果表明:模锻件在1 100℃始锻温度下,经三火成型填充完全,锻件平均应力228 MPa,平均应变1.51。

23Co13Ni11Cr3Mo超高强度钢模锻件锻造工艺研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机对23Co13Ni11Cr3Mo超高强度钢进行了热压缩试验,建立了材料流变应力模型,采用Deform3D有限元软件对其模锻件锻造成形过程进行数值模拟,研究了不同工艺参数对锻件成形的影响。结果表明:适当增加变形温度,可有效降低材料的变形抗力,增强材料在模腔中的流动性;摩擦因子的减小,能够降低成形载荷,改善难变形区域的成形,使变形更为均匀;变形速率影响锻件的温升,其合理选择对锻件成形有一定影响。

23Co13Ni11Cr3Mo钢的奥氏体静态再结晶行为

利用GleebIe-1500热模拟实验机研究23Co13Ni11Cr3Mo超高强钢高温变形道次间隔时间内的静态软化行为,讨论变形温度、应变速率、变形程度、间隔时间及初始奥氏体晶粒尺寸等对其静态再结晶行为的影响。结果表明:变形程度对23Co13Ni11Cr3Mo钢的静态再结晶影响最大,增大变形量可获得均匀细小的晶粒组织;变形温度和间隔时间次之;应变速率及初始奥氏体晶粒尺寸的影响较小。根据实验结果,建立23Co13Ni11Cr3Mo钢静态再结晶晶粒尺寸模型,定量分析起落架在锤锻压机上整体模锻成形过程的组织演化,发现在变形不充分的条件下静态再结晶是导致起落架锻件晶粒不合格的原因。模型预测结果与实验结果吻合较好。

大型钛合金模锻件模锻成形过程建模仿真

大型钛合金锻件是飞机的关键承力构件。由于尺寸大、横截面变化显著、结构复杂,钛合金大型锻件的模锻过程极其复杂,因此数值模拟技术成为研究该成形过程的有效途径。建立一个合理可靠的3D有限元模型成为研究发展大型钛合金锻件模锻成形过程迫切需要解决的关键问题之一。本文基于DEFORM-3D建立了该工艺的一个合理的有限元模型,研究成形过程中温度、应变、损伤分布特征及变化特征。结果表明:塑性变形功补偿部分热量损失,阻止激冷层扩展;锻件前段截面积变化显著,成形过程容易导致宏观裂纹出现;由于材料分流,锻件下方横向筋处产生裂纹的倾向较大。

高强钢大型构件锻造全流程微观组织演化预测分析

基于300M钢锻造全流程微观组织演化模型在DEFORM3D软件中进行了二次开发,建立了300M钢大型构件锻造全流程微观组织演化预测分析平台。为验证平台的可靠性,基于预测分析平台对300M钢圆柱试样锻造全流程过程的晶粒尺寸及再结晶体积分数进行了预测,并将其与实验结果对比发现,预测值与实验值的相关性系数均在0.95以上,表明所开发的锻造全流程微观组织预测分析平台准确可靠。进一步地,针对某型号300M钢大型飞机起落架因结构复杂导致微观组织难控的问题,在开发的预测分析平台上进行了全流程数值模拟。结果表明:飞机起落架锻件晶粒尺寸分布不均匀,端部中心、凸起部分区域发生了动态再结晶且晶粒细化较为明显,杆部动态再结晶程度低且平均晶粒尺寸粗大。

Waspaloy高温合金涡轮盘复合包套锻压工艺仿真

建立了Waspaloy高温合金材料流变应力本构模型以及高温合金涡轮盘复合包套锻压工艺有限元仿真模型,利用Deform 3D有限元软件研究了包套厚度、绝热材料和工艺参数对高温合金成形特性的影响。结果表明:适当增加复合包套厚度、提高开锻温度均可使坯料获得均匀的温度场,降低变形抗力与成形载荷,同时避免模具温度过高,提高了模具使用寿命;研究还表明包套材料导热系数对坯料温度场、应力场和载荷的影响较小。

局部控温对300M钢大型锻件微观组织演化的影响

针对大型锻件的加热工艺,提出了一种局部温度控制方法,并通过300M钢加热的有限元模拟和工艺实验验证了可行性和有效性。基于经过实验验证的模拟参数,模拟了300M钢飞机起落架锻件的加热过程,得到了温度场和不同点的温度曲线。为了揭示局部控温工艺对微观组织分布的影响规律,将不同点的温度曲线输入高温激光共聚焦显微镜,原位观察了这些点的微观组织演化过程。实验结果表明,局部温度控制方法能控制大型锻件的局部温度场,而且影响锻件局部的微观组织,形成从球化的珠光体、混合晶组织,到等轴奥氏体晶粒等梯度分布的微观组织。研究为大型航空锻件的温度场控制和微观组织调控提供了参考。

超高强度钢锻件锻造成形微观组织模拟

为改善起落架锻件的组织均匀性和使用性能,在Gleeble-1500热模拟机上对23Co13Ni11Cr3Mo超高强度钢进行等温压缩实验,研究变形温度、应变速率对微观组织的影响,建立高温变形微观组织演变模型,利用有限元法对起落架成形过程的组织演变进行模拟。研究结果表明:增大锻件的变形程度,可以有效地改善起落架的微观组织;提高变形温度使动态再结晶充分,但会导致晶粒尺寸增大。成形速度影响再结晶形核率和晶粒长大时间,合理的选择才能使得起落架的综合性能最好。

长寿命低成本大型锻模电弧增材制造与再制造研究进展

采用传统方法生产的大型锻模寿命低、成本高,大型锻模长寿命、低成本制造与再制造成为当前大型构件模锻行业提升核心竞争力的关键。研究在大型锻模低成本基体表面上电弧增材梯度异质结构材料的方法,以获得长寿命低成本大型锻模,具有重要意义。介绍了常见的锻模降本延寿方法及其存在的问题,阐述了锻模制造及再制造电弧增材梯度异质结构设计理论,并从梯度异质结构、低成本基体材料及增材丝材、焊锻复合工艺、增材自动化装备四方面综述了长寿命低成本大型锻模电弧增材制造与再制造的研究进展。

800MN液压机飞机起落架锻模再制造

采用双金属梯度堆焊方法对800MN液压机飞机起落架锻模再制造,建立起落架锻件成形过程粘塑性有限元模型和锻模承压弹塑性有限元模型,分析锻模温度场、应力场及磨损分布。结合实际使用后的失效状态,设计出该锻模型腔各部位双金属梯度堆焊层材料和厚度,通过锻模修复与再制造,生产结果表明:采用该方法再制造的锻模在生产6件产品后锻模桥部及型腔基本无变形,锻件质量合格,生产成本大大降低,工程应用价值十分显著。

300M钢热扭转变形条件下的变形行为研究

为了更好地揭示300M钢热锻成形过程中的变形机制,通过热扭转实验研究了300M钢在变形温度范围为900~1150℃、等效应变速率范围为0.0115~1.15 s^-1条件下的流动行为。根据300M钢热扭转变形的流动应力曲线,分别建立了300M钢的本构模型和临界应变模型。分别将300M钢在剪切应力和压应力状态下的特征应力和特征应变进行对比发现,300M钢的流动行为受到应力状态、变形温度及应变速率的耦合影响。当材料的变形抗力较高时,其流动行为明显受到应力状态的影响。当变形抗力较低时,其流动行为几乎与材料的受力状态无关。此外,300M钢动态再结晶过程发生的时刻对变形温度和应变速率的敏感性明显不同。

大型航空模锻件的生产现状及发展趋势

为了适应航空工业的发展,航空模锻件向着大型化、整体化、精密化、高寿命、高性能、低成本方向发展。随着以800 MN模锻压力机为代表的先进设备的投产,我国大型航空模锻件的研发与制造能力必将大幅提升。

300M钢奥氏体晶粒等温长大模型

为研究300M钢奥氏体晶粒保温长大规律,在不同保温时间（5~120 min）和保温温度（900~1150℃）下开展了加热炉保温实验,并通过腐蚀法获得了不同条件下的晶粒尺寸。实验结果表明,晶粒尺寸随保温温度的升高和保温时间的延长而增大,但晶粒长大速率随保温时间的延长而减小。晶粒尺寸与保温时间整体上呈幂指数小于1的幂函数形式。同时,温度越低晶粒尺寸越快趋于稳定。保温温度在1000℃以上时,晶粒生长迅速。基于实验结果建立了晶粒尺寸与初始晶粒尺寸、保温时间、保温温度关系的复合模型,模型的平均相对误差为4.38%,最大相对误差为12.47%。与Sellars模型和Anelli模型相比,该模型具有更高的精度。

基于数值模拟的机匣锻模堆焊再制造分析

采用Deform-3D有限元分析软件模拟了机匣锻件成形过程,研究了机匣锻模的温度及应力分布,分析了成形过程中模具出现的压塌和开裂等缺陷,提出了双金属梯度堆焊修复模具的方法。结果表明:有限元模拟结果与实际较为相符;上模最大温度与最大应力均在中间过渡圆角区,最高温度为678℃,最大等效应力为1830 MPa;模具表面及以下20 mm内的区域,应力较大,温度较高,应在此区域采用双金属堆焊的方法修复模具。

热锻模具钢5CrNiMo表面堆焊及焊后热处理的组织和高温摩擦磨损性能

为了解决汽轮机叶片热锻模具在高温下发生磨损和热疲劳而导致失效的问题,采用CMT焊机在失效的热锻模具钢5CrNiMo表面进行堆焊修复,焊材选用H30CrMnSiA低合金钢气体保护焊焊丝,焊后对试样进行550℃的回火处理。采用扫描电子显微镜、金相显微镜、拉伸实验机、维氏硬度计以及高温摩擦磨损试验机等仪器研究堆焊试样的组织和高温性能。结果表明,采用回火热处理能有效解决熔合线附近的贫碳问题,提高焊接接头的拉伸强度。室温20℃条件下,H30CrMnSiA堆焊层的摩擦系数和磨损率均略高于母材5CrNiMo,但在500℃高温摩擦条件下,由于摩擦表面形成具有润滑效果的氧化层,堆焊层的摩擦系数与磨损率均降低,而母材在高温条件下则发生软化,摩擦磨损性能急剧变差。采用H30CrMnSiA焊丝堆焊5CrNiMo模具并进行高温回火处理,可以增加模具的高温摩擦性能,显著提升模具的整体使用寿命。

300M钢的热变形行为及热锻成形工艺研究现状

300M钢凭其优异的综合力学性能而被广泛应用于飞机起落架大型构件的生产。在大型构件的热锻成形过程中,材料的流动行为及组织演变受到众多因素影响,变形机制复杂。主要从300M钢的热变形本构模型、微观组织演变以及锻造工艺三方面对现有研究进行综述。在热变形本构模型方面,综述了300M钢在单道次及多道次热变形下的本构模型的研究现状。在微观演化方面,综述了300M钢热变形各个阶段所对应的组织演化机制,包括晶粒长大、动态再结晶、静态再结晶、亚动态再结晶以及相变过程。此外,从数值分析角度综述了热锻成形工艺的研究现状。最后,针对现有研究提出了后续值得继续深入研究的方向。