热变形参数对TB15钛合金动态再结晶行为的影响

采用热模拟压缩试验机对TB15钛合金进行变形温度为810~930℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)、压下量为60%的等温热压缩试验,研究了热变形参数对TB15钛合金动态再结晶行为的影响。结果表明:TB15钛合金不同应变速率下的应力-应变曲线呈现出不同特征。随应变速率增大,流动软化曲线呈现“V”型特征。当应变速率在0.001~0.1 s^(-1)范围时,随变形温度升高和应变速率减小,动态再结晶(DRX)体积分数和DRX晶粒尺寸增大,且DRX晶粒尺寸增幅较DRX体积分数更加显著。在低应变速率变形时,原始β晶粒被小角度晶界分成形状规整的多边形亚晶粒,小角度晶界通过连续吸收位错和渐进晶格旋转的方式向大角度晶界转变从而实现连续动态再结晶。随着应变速率增大,再结晶晶粒形核位置从原始β晶粒内部逐渐向晶界附近转移,在原始β晶界形成均匀细小的“项链状”再结晶晶粒,此时易于由晶界弓弯机制引发不连续动态再结晶。

融入OBE理念的专业基础课程教学改革与实践——基于“材料成型工艺基础”课程的探索

本课程教学改革立足新工科建设,以工程教育为导向,结合学校“航空特色鲜明,工科优势突出”的办学定位,坚持以学生为中心,利用现代信息技术手段,基于OBE理念采用启发式、任务驱动式、问题探究式等多种教学方法,旨在提高课程目标达成度。通过对近3年材料成型与控制工程专业本科生成绩分析,着眼于解决目前课程体系同质化、教学方法单一化、课程质量不高的问题,促进形成“夯实基础、强化实践、学研结合、突出创新”的课程教学定位。实现课程资源共享及师生交流互动,达到丰富教学内容、优化教学过程设计、增加教学过程吸引力、培养学生创新意识的目的。

基于RSM-GA与BP-PSO的钛合金筋板特征构件筋槽充填优化

以TA15钛合金筋板特征构件为研究对象,首先,采用图像感知的实时监测方法,通过对图像进行捕捉获得任意时刻下的筋槽充填状态,并结合有限元模拟研究了筋槽中的材料流动及充填规律;其次,基于RSM-GA构建了双响应面回归模型,以此优化设计坯料尺寸参数,并利用GA优化算法开展智能决策;同时,建立不同坯料对筋槽充填的BP神经网络智能预测模型,配合PSO算法的智能决策进行稳健优化求解;随后,通过对比两个模型的优化解,得出RSM-GA模型精度较高且优化解的充填效果更好;最后,利用图像感知进行RSM-GA优化结果的物理实验模拟验证,证实了该研究在获得最佳筋槽充填的同时,可弱化坯料优化设计中不确定性因素波动的影响。

不同道次应变分配下TA15钛合金双道次热压缩静态软化行为

在变形温度为910~970℃、应变速率为0.01 s^(-1)、道次保温时间为1000 s、总应变为0.9条件下,对TA15钛合金进行了双道次热压缩实验,研究了第一道次应变为0.25、0.45、0.65时对合金热变形过程中静态软化行为的影响。结果表明:在不同第一道次应变分配下,除变形温度为910℃且应变为0.25时,合金在道次保温间隔后均出现了静态软化现象,即第二道次流动应力峰值均低于第一道次卸载应力;第一道次应变分配较高时,由于累积畸变能较多,软化程度更为明显;变形温度越接近相变点,第一道次应变对静态软化影响程度越大;微观组织分析表明,道次保温间隔后比保温前的初生α相体积分数明显减少,减小程度与静态软化程度呈正相关性。

基于物理参数和BP神经网络的9310钢本构模型研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对9310钢进行了变形量为70%的等温恒应变速率压缩实验,在变形温度为800~1200℃、应变速率为0.01~50 s^(-1)的范围内研究了9310钢的热变形行为。通过不同热变形参数对自扩散系数D和杨氏模量E的影响,建立了基于物理参数的本构模型,同时基于实验数据构建了BP神经网络本构模型。结果表明:9310钢为负温度正应变速率敏感性材料,且流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。基于不同条件构建的物理本构模型和BP神经网络模型的相关系数r均大于0.98,但BP神经网络模型的r值可达0.996,平均绝对相对误差为3.1%。经过流动应力曲线、相关系数和平均绝对相对误差的综合对比,得出BP神经网络模型对预测9310钢的流动行为具有较好的适用性。

基于人工神经网络智能算法的9310钢本构模型优化

目的研究9310钢在变形温度为800~1200℃、应变速率为0.01~50s-1和高度压下量为70%条件下的热变形行为,建立预测效果相对较好的9310钢本构模型。方法使用Gleeble-3800热模拟机对9310钢进行等温恒应变速率热压缩实验,基于热压缩实验数据,分析了应变速率对9310钢流动软化效应的影响,建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型与支持向量回归(SVR)本构模型,并进行了模型精度分析,之后引入人工神经网络(ANN)智能算法优化了Arrhenius本构模型。结果与变形温度相比,应变速率对9310钢流动软化效应的影响更为显著。相较于支持向量回归(SVR)本构模型,考虑应变补偿的Arrhenius本构模型精度更高,其相关系数R为0.9934,平均相对误差(AARE)和均方误差(MSE)分别为0.0556和89.362,它在预测高应变速率(1、10、50 s-1)流动应力时出现了较大偏差,经ANN智能算法优化后,相关系数R提高至0.9991,AARE和MSE分别降至0.0199和9.998,且绝对误差在±10MPa以内的预测流动应力占比为98.34%。结论在低应变速率(0.01 s-1)下软化效应更强,在高应变速率(10 s-1)下再结晶程度较低,软化效应较弱。ANN智能算法优化后的Arrhenius本构模型具有较高的精度,能较准确地预测9310钢的流动行为。

应变速率对TB15钛合金软化机制的影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机对TB15钛合金在变形温度810~930℃、应变速率0.001~10 s^(-1)范围进行等温热压缩实验,基于实验数据分析了不同应变速率下TB15钛合金的流动软化行为,并结合微观组织和变形激活能Q研究了应变速率对其软化机制的影响。结果表明:合金的流动软化程度在不同应变速率范围内的变化规律不同;微观组织和变形热效应是造成流动软化的主要原因,变形热效应在高应变速率(ε≥0.1 s^(-1))范围内的影响更为显著;通过微观组织分析可知,动态回复(DRV)在热变形过程中占主导地位,低应变速率(ε<0.1 s^(-1))下的主要软化机制为DRV和动态再结晶(DRX),随着应变速率的升高,DRX程度降低,且应力集中作用加强,变形带在高应变速率下被激活,这在一定程度上有利于晶粒细化。低应变速率和高应变速率的变形激活能分别为213.8 kJ/mol和255.3 kJ/mol,低应变速率下的微观组织软化效应更加明显。

7050铝合金蠕变本构模型及其泛化能力研究

目的研究7050铝合金在温度为121~163℃、外加载荷为170~250 MPa条件下的蠕变拉伸行为。建立7050铝合金蠕变本构模型,对比本构模型精度并研究其泛化能力。方法采用CTM504-A1高温蠕变持久试验机进行蠕变拉伸实验,基于蠕变曲线及数据处理,分析蠕变温度和外加载荷对蠕变拉伸行为的影响,采用人工神经网络模型和幂律方程构建7050铝合金蠕变本构模型。结果7050铝合金在温度为121~163℃、外加载荷为170~250 MPa时,蠕变速率为4.44×10^(-8)~1.09×10^(-5) s^(−1),蠕变应变和稳态蠕变速率随着温度的升高而增大,在温度为163℃、外加载荷为250 MPa以及温度为177℃、外加载荷为170~250 MPa条件下,出现了蠕变第3阶段的加速蠕变,依据幂律方程构建的本构模型预测值的平均相对误差为2.45%,相关系数为99.02%;人工神经网络本构模型的预测值的平均相对误差为0.96%,相关系数为99.98%。结论在温度为121~149℃、外加载荷为170~250 MPa时,合金具有良好的低温抗蠕变性能。通过验证分析,与幂律方程模型相比,人工神经网络模型的预测精度更高;人工神经网络模型具有较强的泛化能力,在蠕变参数外仍具有很高的预测精度。

钛合金多筋构件锻造成形筋槽充填一致性及影响因素

针对钛合金多筋构件锻造过程易发生的筋槽充填不满问题,首先应用Deform-3D模拟软件分析了TA15钛合金多筋薄腹特征构件锻造过程中不同筋槽的材料流动及充填特征,并采用物理模拟试验进行了验证。其次,基于正交试验研究了出模角度、圆角半径、坯料体积分配、加载速度、变形温度及摩擦因数这6个因素对充填的影响。结果表明,成形初期材料处于筋槽充填的自由流动状态,而当某区域筋槽充满后,上模继续下压导致模具型腔内两处发生材料流动转变,转变一是腹板处材料发生横向跨筋流动,二是筋槽处材料发生纵向逆流,不同区域筋槽充填的不一致是导致多筋构件充填不满的本质原因。坯料体积比对材料流动及筋槽充填的影响最大,摩擦因数有一定影响,而其他因素的影响很小。最后,基于优选的因素水平,获取了较好的充填效果,不同区域筋槽的充满趋于一致。

热变形参数对Ti-6554合金流动软化行为的影响

目的研究不同热变形参数下Ti-6554合金对应变速率敏感指数m、应变硬化指数n的影响。方法采用Gleeble-3500热模拟实验机,在变形温度为810~930℃、应变速率为0.001~10s^(-1)条件下,对Ti-6554合金进行等温恒应变速率热压缩实验。结果应变速率敏感指数m随应变速率的升高和变形温度的降低而减小,当真应变为0.9时,m在变形温度为930℃、应变速率为0.001 s^(-1)的条件下达到峰值,为0.43。应变硬化指数n随应变速率的升高呈先升高后降低的趋势,在高温区间(870~930℃)的软化程度较大。结论Ti-6554合金对变形温度、应变速率等热变形参数十分敏感,该合金的流动应力随着应变速率的升高和变形温度的降低而增大。分析微观组织可知,从应变速率敏感指数m角度考虑,该合金发生软化行为的最佳区域是变形温度为870~930℃、应变速率为0.001 s^(-1)。从应变硬化指数n的角度考虑,在变形温度为870~930℃条件下,Ti-6554合金在低应变速率区间(0.001~0.01 s^(-1))的软化行为以动态再结晶(DRX)为主,在高应变速率区间(0.1~10 s^(-1))的软化行为以动态回复(DRV)为主。

片状组织TA15钛合金动态球化行为

利用热模拟试验机对片状TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变速率为10-3～1s-1、真应变为0.22～0.92、变形温度为900℃和950℃时片状组织的动态球化行为。结果表明,真应变对动态球化有较大影响,真应变从0.22增加到0.92时,α相的球化率最大增幅为40%;900℃和950℃变形时α相的球化率差别不大;当应变速率为10-3～10-1s-1时,降低应变速率能够显著提高片状α相的球化率,但当应变速率大于10-1s-1后,球化率随应变速率的变化并不明显。TA15钛合金的真应力-真应变曲线均呈"应变软化"型,这种软化行为主要是由片状α相的动态球化和弯折引起的。

片状组织TA15钛合金局部流动失稳预测

采用THERMECMASTOR—Z型热加工模拟实验机对网篮和魏氏两种片状组织TA15钛合金在仪＋B两相区温度750～950℃、应变速率0．001—10s^-1范围进行等温恒应变速率压缩实验，对压缩变形后试样进行了光学金相和透射电镜显微组织观察，并利用Jonas局部流动失稳参数预测了两种片状组织TA15钛合金的局部流动失稳行为。结果表明：两种片状组织TA15钛合金在α＋B两相区低温（750～850℃）和高应变速率（0．1～10s^-1）范围变形时均会出现局部流动失稳，且局部流动失稳主要集中在原始B晶粒边界附近。当局部流动失稳参数大于5时，魏氏组织TA15钛合金会出现局部流动失稳；当局部流动失稳参数大于7时，网篮组织TA15钛合金才会出现局部流动失稳。发现用Jonas局部流动失稳参数预测合金局部流动失稳的发生还存在一定局限性。

基于Prasad判据的全片层TA15钛合金塑性流动失稳预测

对全片层TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,采用Prasad失稳判据预测合金在750～1100℃,0.001～10s-1热力参数范围内的塑性流动失稳,并对变形后试样进行宏观和微观观察。结果表明,全片层TA15钛合金在试验参数范围内热变形时存在较大区域的流动失稳,且随着变形温度的降低,失稳区范围有从高应变速率向低应变速率逐渐扩展的趋势。在(α+β)两相区变形,失稳缺陷主要有宏观剪切裂纹、原始β晶界裂纹和局部流动三种形式。在β单相变形,失稳主要是原始β晶粒沿着垂直于压缩轴线方向拉长,且在部分晶界附近分布着变形带。

α片层厚度对TA15合金动态球化行为的影响

分别以1020℃保温30min后空冷和炉冷得到的TA15合金为原材料,对其进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度800～950℃、应变速率0.001～1s-1、真应变0.51～1.20时,不同原始α片层厚度对TA15合金动态球化行为的影响。结果表明:真应力-真应变曲线均呈现出明显的流动软化,峰值应力和流动软化率对α片层厚度的依赖程度较小。当热变形参数相同时,细片状比粗片状组织更容易发生动态球化,这与其在试验范围内测得的变形激活能分别为597kJ/mol和650kJ/mol是一致的。TA15合金中片状α除了形成低和高角度界面及强烈的局部剪切带导致动态球化外,还有动态再结晶等其它方式。

层片组织Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V合金动态等轴化动力学行为（英文）

通过等温热压缩实验研究Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V合金在温度750~950°C、应变速率0.001~10 s^(-1)条件下的动态等轴化动力学行为。结果表明,层片组织α相的等轴化分数随变形温度升高和应变速率降低而增大,并构建了JMAK型等轴化动力学方程,且方程预测的等轴化动力学曲线与实验值吻合较好。此外,结合SEM和TEM微观组织观察发现,层片组织α相的动态等轴化过程分为两个阶段,首先是由动态再结晶和机械孪晶两个互相竞争的机制引起的晶界分离阶段;第二阶段中β相渗入α/α界面导致等轴化完成,β相渗入α/α界面实质上是由Al、Mo和V等合金元素的扩散造成的。

基于Murty判据的粗片层状TA15钛合金β相区锻造工艺参数优化

对粗片层状TA15钛合金在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验，采用基于Murty判据的加工图技术研究了该合金在温度1000～1100℃、应变速率0．001～10s^-1参数范围内的微观变形机制，并优化出该合金的锻造工艺参数。结果表明：在β单相区变形时，TA15钛合金较佳的变形参数范围为1030-1075℃、0．001～0．03s^-1，以1050℃、0．001s^-1附近为最佳，其变形机制为β晶粒充分均匀的动态再结晶；失稳区变形参数范围为1000～1100℃、1．78-10S^-1，在该区出现了β晶粒的不均匀变形。

片层厚度对TA15合金β相区变形行为的影响

将具有不同α片层厚度的两种转变组织的TA15合金分别在Ther mecmaster-Z型热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度为1000～1100℃、应变速率为0.001～10s-1时合金的热变形行为。结果表明,两种不同组织的TA15合金在β相区相同热力参数变形时,真应力-真应变曲线的形貌和真应力值基本相同,变形激活能为(170±2)kJ/mol,且微观组织特征基本相似,以β相的动态再结晶为主。但在1050℃、0.01～1s-1变形时,细片层组织的合金发生β相动态再结晶的体积分数总是略高于粗片层组织的合金,这可能与细片层组织的合金较早发生α→β相转变、且β相也较早开始再结晶有关。

7475铝合金大型锻件时效工艺研究

测定了7475铝合金双级时效及回归再时效(RRA)工艺状态下的常规拉伸性能和电导率,并通过标准三点弯和圆周切口圆柱试验测定各时效工艺的断裂韧性。从而研究双级时效和RRA工艺对常规力学性能,断裂韧性,电导率和微观组织的影响,结果发现回归再时效工艺并不适用于7475铝合金大型锻件的生产实践。

7475铝合金大型锻件时效工艺研究

测定了7475铝合金双级时效及回归再时效(RRA)状态下的拉伸性能和电导率,并通过标准三点弯曲试验和圆周切口圆柱试验测定了各时效状态下的断裂韧性,从而研究了双级时效和回归再时效对其力学性能、断裂韧性、电导率和微观组织的影响,结果发现回归再时效工艺并不适用于7475铝合金大型锻件的工业生产。

7475铝合金大型锻件时效工艺研究

测定了 74 75铝合金双级时效及回归再时效 (RRA)工艺状态下的常规拉伸性能和电导率 ,并通过标准三点弯曲和圆周切口圆柱试验测定了各时效工艺的断裂韧性 ,从而研究双级时效和RRA工艺对常规力学性能、断裂韧性、电导率和微观组织的影响。结果发现回归再时效工艺并不适用于 74