5A02铝合金薄壁管绕弯成形数值模拟及试验

利用有限元分析软件Pam-stamp对5A02铝合金薄壁管的数控绕弯过程进行了数值模拟,研究了芯棒伸出量和弯管角度对管坯的壁厚减薄率、不圆度和回弹等的影响,并进行了数控绕弯成形试验。结果表明,随着伸出量的增长,壁厚减薄率呈指数式增长,不圆度以抛物线减小,且试验结果与模拟结果基本一致;管的回弹随弯管角度增大而增大。用最小二乘法拟合得到弯管回弹公式,并在弯管试验中得到理想的弯管效果。

方坯结晶器流场及温度场数学模拟

为制定合理的浇注工艺,以某厂380mm×280mm的方坯结晶器为原型,建立了方坯结晶器内钢液流动及温度的数学模型。模拟计算了拉坯速度、水口浸入深度以及水口不对中对结晶器内钢液流动及温度的影响。模拟结果表明:拉坯速度及水口浸入深度只是改变了结晶器内流场的流动强度和冲击深度,不会从本质上改变钢液的流动形式。水口偏离中心20mm使得高速、高温区域距离器壁过近,直接造成铸坯质量显著下降。

单面正向和正反向超塑成形对TC4钛合金负角度零件性能的影响

利用MARC软件完成负角度零件模具设计,修改了获得的压力-时间曲线,并用加载曲线完成超塑成形实验。研究了单面正向、正反向超塑成形后TC4钛合金零件力学性能情况及负角度壁的壁厚分布,并对结果进行了分析。结果表明:圆弧连接面比垂直连接面有更好的壁厚分布;根据修改的加载曲线能够成形负角度零件;在壁厚最小的负角度壁,单面正向成形和正反向成形后零件的最大减薄率分别为67%和64%,壁厚分布标准差分别为0.186mm和0.125mm,说明正反向成形在提高零件最小壁厚的同时使壁厚分布更均匀;由高温稳态退火及应变诱发的晶粒长大致使零件的力学性能下降;正反向成形零件比单面正向成形零件氢氧含量高,塑性下降较多。

磁性离子Fe掺杂钛酸钡铁电材料的结构和物性研究

采用高温固相反应法制备了铁掺杂的钛酸钡BaTi1-xFexO3(0.10≤x≤0.60)样品,研究了其结构、铁电和磁学性质。X射线衍射谱表征了铁掺杂钛酸钡材料的结构,确定了BaTi1-xFexO3样品为四方相结构,晶体结构精修表明掺杂离子的引入使得BaTi1-xFexO3材料的晶体结构在ab面发生了扩张,而沿c轴方向收缩。X射线光电子能谱研究了材料的化学成分和表面化学价态,表明三价和四价铁离子同时存在于晶格中,并取代四价钛离子而形成了BaTi1-xFexO3结构。样品的介电温谱和磁滞回线表明BaTi1-xFexO3材料在室温下同时具有铁电性和铁磁性。随着Fe掺杂量由10%增加至60%,单个铁离子在材料中产生的磁矩由0.70μB增加到1.55μB。通过对样品磁性的分析发现,材料的铁磁性来源于铁离子和氧离子的双交换作用。

新型轻水反应堆包壳材料FeCrAl合金的研究进展

FeCrAl合金作为现有锆基合金轻水反应堆燃料包壳材料的候选替代材料,具有良好的抗氧化性、辐射容忍度、抗长时间的液体腐蚀、与典型的UO2燃料的兼容性以及不会严重影响整个核反应堆运作的最优的中子行为（包括次要合金添加剂）。综述了新型轻水反应堆包壳材料FeCrAl合金材料的特性、应用、性能影响因素以及优化处理的方法。最后,指出了FeCrAl合金在轻水反应堆包壳材料方面的发展方向。

热处理对TC4钛合金富氧α层的影响

研究了TC4钛合金在不同热处理下富氧α层的生成机制。通过显微硬度法和金相法确定了富氧α层的厚度。探讨了富氧α层的生成动力学。结果表明,温度和保温时间都会影响TC4钛合金富氧α层的生成。在700、800℃热处理时,TC4钛合金基本不生成富氧α层,930℃热处理时TC4富氧α层的厚度和保温时间的关系满足菲克理论。TC4钛合金基体的显微硬度为370 HV,且富氧α层的显微硬度最大值随着氧化层厚度的增加而增大。

2024铝合金薄壁板材淬火过程建模仿真

针对2024铝合金薄壁零件易产生严重的淬火扭曲变形的问题,利用有限元分析和实验验证的手段,考虑淬火介质(水)相变及试件浸入过程对热交换的影响,对淬火过程中零件与介质的换热过程进行了研究。结果表明,相比不考虑浸入的淬火过程,有浸入过程的淬火试件的温度场变化梯度较大,导致试件发生较大的变形,与实验结果吻合。考虑介质(水)相变时,初始阶段水蒸汽的产生抑制了换热速率,但随着淬火的进行,水蒸汽气泡会将热量快速带走,增加了换热速率,导致两种情况下的换热系数存在较大的差异。

5A02铝合金薄壁异形管内高压成形数值模拟及试验

利用有限元分析软件Pam-stamp,对5A02铝合金薄壁异形管的内高压成形(IHPF)过程进行数值模拟,研究管坯危险截面的贴模过程和变形机制,优化内压-补偿加载路径,并进行多次试验验证。结果表明,内高压成形过程中管坯曲率半径大的区域先贴合模具,曲率半径小的区域后贴合,后贴合区域会出现由于壁厚减薄严重甚至开裂的情况;不同加载路径的模拟结果表明,在成形过程中位移补偿与加载压力配合不合理会造成管件的褶皱或破裂,优化位移补偿可避免冲击式变形和过多位移堆积,防止壁厚减薄严重和壁厚增厚。多次的数值模拟和实际试验结果基本吻合,两者在危险截面处的壁厚分布变化趋势一致,验证了内高压成形过程位移补偿能够有效地对管坯成形区补料,利于变形过程中管坯材料均匀流动,从而控制壁厚减薄率;试验结果表明,优化的r6路径是合理可行的,可有效指导异形管的内高压成形过程。

固溶热处理对新型核用FeCrAl合金包壳管组织和力学性能的影响

通过新型核用锻态FeCrAl合金包壳管在不同温度及时间下的固溶处理实验,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度仪(HV)和电子万能试验机(EUTM)分析了固溶处理对FeCrAl合金包壳管显微组织以及力学性能的影响规律。结果表明,当固溶热处理温度低于1200℃时,保温60 min后FeCrAl合金组织中仍然存在一定数量的σ-FeCr相、富Cr相和Fe_(2)(Mo/Nb)Laves析出相。随着温度的升高,析出相逐渐溶解到基体之中,当温度升高到1200℃时,保温60 min后组织内的析出相基本回溶,但晶粒发生了异常长大。随着保温时间的不同,析出相的数量、形态、分布和成分都会发生变化。随着温度的升高,FeCrAl合金的抗拉强度逐渐降低,延伸率先升高再降低,硬度先减小再增大。在1150℃加热、60 min保温和水冷的固溶热处理制度下,核用FeCrAl合金包壳管的伸长率可达20.1%,抗拉强度R_(m)为675 MPa,屈服强度R_(p0.2)为560 MPa,硬度为HV 261,塑性提高,加工性得到显著改善,可满足管材后续轧制的要求。

NM400/NM500级矿山机械用钢的高温磨损性能及机理

将直径为5 mm的混合烧结Al2O3陶瓷球安装在高温滑动摩擦试验机夹持工具上与耐磨钢组成摩擦副,研究了耐磨钢与氧化铝陶瓷球在200~300 N、100~400 r·min-1不同载荷下的滑动摩擦行为.结合X射线衍射分析技术和扫描电镜等分析手段研究了NM400和NM500两种耐磨钢在室温~300℃下摩擦界面处材料的氧化物形成、磨损表面形貌和显微组织等行为.随温度升高,NM400和NM500的摩擦系数仍然处于0. 27~0. 40的范围内,但两者的平均摩擦系数分别从0. 337、0. 323逐步降低至了0. 296和0. 288.在300℃时,氧化物的产生是摩擦系数略有下降的主要原因.随着温度的升高,摩擦行为首先以磨粒磨损为主,随后逐渐发生氧化物的压入-剥离-氧化现象,使磨损速率略有降低.通过高温摩擦磨损行为与微量氧化模型的分析发现,NM400和NM500钢在室温至300℃的磨损机制是磨粒磨损、挤压变形磨损以及微量氧化物磨损的共同作用.NM500钢表现出更加良好的耐磨性能主要原因是其硬度强度高于NM400钢.在高强微合金马氏体耐磨钢中添加少量合金元素,使其在高温摩擦过程中产生一定量稳定附着的氧化物,在一定程度上能够起到降低磨损率的作用.

大直径高压气瓶管壁厚精度的质量特征

壁厚精度控制是大直径高压气瓶质量控制的关键。结合现代统计方法,应用平均壁厚均值、标准差、标准差系数等作为大直径高压气瓶管壁厚精度的评价标准,通过对大直径高压气瓶管进行全长手工测量,并结合UT探伤对气瓶管壁厚精度传递特性进行分析,从统计特性上,气瓶管整体的壁厚分布基本上呈正态分布形式,并提出了气瓶管壁厚精度控制过程能力分析模型。以此对试制气瓶管的原料管、半成品管、成品管进行了壁厚精度分析和过程能力评价,从而为实际生产提供技术支持。(表6,图9,参8)

冷轧5A70铝合金超塑性板材热处理工艺

随着当代航空航天事业的飞速发展,结构轻量化设计与先进的成形制造技术得到了广泛应用。铝合金超塑性成形是飞行器结构轻量化设计中一个重要技术支撑。本文研究变形量为93.3%的冷轧5A70铝合金超塑性板材的再结晶热处理工艺。利用光学显微镜（optical microscope,OM）、电子背散射衍射（electron backscatter diffraction,EBSD）和布氏硬度（Brinell hardness,HBS）等手段,分析了不同热处理时间（t）、热处理温度（T）对板材再结晶过程的影响。结果表明,冷轧5A70铝合金薄板在热处理时间为60 min时再结晶起始温度为240℃,发生完全再结晶温度为260℃。板材热处理温度为340℃时,在10 min发生完全再结晶,随着保温时间的延长,完全再结晶后的晶粒尺寸无明显长大现象。最终选定,热处理温度340℃、保温时间60 min、淬火处理为该冷轧薄板的热处理制度。通过该热处理制度制备板材的平均晶粒尺寸为10μm,超塑性能够达到309.5%。