Simulation of Dynamic Recrystallization in 7075 Aluminum Alloy Using Cellular Automaton

The evolution of microstructure during hot deformation is key to achieving good mechanical properties in aluminum alloys.We have developed a cellular automaton(CA) based model to simulate the microstructural evolution in 7075 aluminum alloy during hot deformation.Isothermal compression tests were conducted to obtain material parameters for 7075 aluminum alloy,leading to the establishment of models for dislocation density,nucleation of recrystallized grains,and grain growth.Integrating these aspects with grain topological deformation,our CA model effectively predicts flow stress,dynamic recrystallization(DRX) volume fraction,and average grain size under diverse deformation conditions.A systematic comparison was made between electron back scattered diffraction(EBSD) maps and CA model simulated under different deformation temperatures(573 to 723 K),strain rates(0.001 to 1 s^(-1)),and strain amounts(30% to 70%).These analyses indicate that large strain,high temperature,and low strain rate facilitate dynamic recrystallization and grain refinement.The results from the CA model show good accuracy and predictive capability,with experimental error within 10%.

微量元素Si对K452镍基铸造高温合金组织和力学性能影响的研究

研究了Si元素含量对K452镍基铸造高温合金标准热处理态微观组织形貌、拉伸和持久性能的影响。通过OM、SEM和EDS等表征及力学性能测试,发现在K452镍基铸造高温合金中,Si的添加量对碳化物形貌和分布有很大影响。由于Si元素含量的提高,分布于晶界上的碳化物数量随之增多。Si对拉伸强度的影响和Si的添加多少有关,低于0.5wt%的Si对合金抗拉强度影响不明显,可是Si添加量大于1.0wt%时,合金的抗拉强度明显减小。合金在900℃/200 MPa条件下持久寿命随着Si含量的增加而显著降低。

基于多电机协调运动的回转送进控制系统研究

介绍了一种用于三辊皮尔格轧机的多电机协调运动的新型回转送进方式。该系统由7台电机协同工作,采用双回转双送进策略,在轧辊的空转送进区完成回转和送进。为了加强伺服电机的协调性,采用了环形耦合控制结构,通过速度补偿器协调多个电机之间的耦合关系。在Simulink平台上进行仿真对比,结果表明,相较于传统的并行结构控制方式,环形耦合结构具有更好的协同性能,尤其在负载扰动下,系统表现更为稳定。该新型回转送进方式和环形耦合控制结构有效提高了轧管机的生产效率,确保了系统的控制精度和稳定性。该研究结果为轧管工业中的连续轧制提供了一种可行的控制方案。

Effect of Solutionizing and Aging on Microstructure and Mechanical Properties of Warm-rolled 7075 Alloy

The effect of solution and aging treatments on microstructure and mechanical properties of warm-rolled 7075 alloy was investigated via optical microscope,electron backscattered diffraction,transmission electron microscopy and tensile tests.The 7075 alloy was subjected to solution treatments at 450℃for 1 h(ST1),490℃ for 1 h(ST2)and 1.5 h(ST3).Three aging routes were carried out on samples from ST2:one-step(A1),two-step(A2),and three-step aging(A3).The experimental results show mainly recrystallized equiaxed grains in ST1 and ST3 state but a combination of elongated and equiaxed grains in ST2 condition.Three aged alloys have similar microstructures of sample ST2 while the recrystallization frequency gets decreased after aging.The least recrystallization fraction occurs in A2 state.Three aged 7075 alloys all possess enhanced strength and plasticity.Precipitates characterization reveals the maximum strength is achieved in A2 sample as the matrix precipitates are composed mainly of smallηand manyη′phases.Aging route A2 appears preferable to other two aging conditions for attaining a pretty excellent combination of strength and plasticity.

基于元胞自动机AZ31镁合金固溶处理研究

镁合金具有导热导电性好、电磁屏蔽性能优越、与环境相容性良好等诸多优点。但是镁合金在室温下塑性较差,导致其在轧制过程中易出现裂纹从而影响其质量。为了有效提高其可塑性,在加工前往往需要对其进行固溶处理。基于此,通过金相实验,得到AZ31镁合金管材原始晶粒组织,基于晶粒长大的热力学机制、曲率驱动机制和能量耗散机制,建立元胞自动机模型,针对镁合金建立了三大晶粒演变规则,研究AZ31镁合金在不同温度和不同时间下晶粒演变规律与边数变化情况,最终获得晶粒均匀分布且以六边形为主的微观组织。通过晶粒长大拓扑学分析与晶粒尺寸分布统计,得出晶粒尺寸在不同温度和时间内呈正态分布,其中六边形晶粒最多;在此基础上,建立固溶情况下的晶粒长大数学模型,合理预测并控制AZ31镁合金固溶后的晶粒尺寸和最终性能,分析了晶粒长大动力学,得出镁合金生长指数为0.87,并通过实验验证了元胞自动机模型的正确性和合理性,为研究镁合金在变形过程中的晶粒演变奠定基础。

三维微观组织模拟及其表征分析技术的研究进展

多晶材料的微观组织结构在一定程度上决定了其宏观力学性能,微观组织的三维仿真及其表征对于预测和研究材料内部真实组织结构及其演化规律具有重要的意义。本文对目前常用的三维模拟方法与表征技术在材料科学领域的应用进行了总结,叙述了目前常用的几种三维模拟方法及表征技术的基本原理,并对其最新研究进展、研究热点以及难点进行了分析,提出了未来在材料科学领域中的研究内容与方向。

无缝钢管轧制设备的再设计制造

提出了无缝钢管轧制设备的再设计制造概念。针对我国无缝钢管轧制设备的种类、特点和使用现状,在已有轧制设备再制造的基础上,探求无缝钢管轧制设备再设计制造的可能性、目的和方法。无缝钢管轧制设备的再设计制造是以设备升级与改制为主要目的,包括设备零件再制造、设备升级再设计制造和设备改制再设计制造。讨论了如何考虑设备再设计制造的因素,并提出实例。

压下率对皮尔格热轧双金属复合钢管成形性的影响研究

在轧制温度1000℃,送进量10 mm,回转角度57°,壁厚压下率分别为30%、45%、60%的条件下,对尺寸为φ38 mm×3 mm的外管304不锈钢与内管Q235碳钢壁厚比为1:1的管坯进行了皮尔格热轧数值模拟和实验研究。结果表明:30%压下率存在间隙和杂质,未达到完全冶金复合,45%、60%压下率下复合层达到了完全冶金复合。45%压下率的复合管外壁厚与内壁厚之比为1.43,介于35%和60%压下率复合管之间,与60%压下率的1.46壁厚比相比,更节省复合管中304不锈钢的使用量。

皮尔格冷轧无缝钢管成形工艺参数及力学研究

皮尔格冷轧无缝钢管工艺参数基本依靠经验选取,其选择不当会导致管材产生缺陷。基于此,本文选取304不锈钢冷轧重要工艺参数--送进量、回转角度和Q(变形压下段和精整段长度的比例)值,通过全流程数值仿真分析了成形过程中管材的力学及成品尺寸的变化规律。结果表明,皮尔格冷轧过程中轧制力、管材等效应力、残余应力以及外径回弹量均随着送进量和回转角度的增大而增大,随着Q值的减小而增大。

基于粘塑性自洽模型AZ31镁合金塑性变形行为研究

以挤压态AZ31镁合金为研究对象,通过修正的VPSC模型,构建耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型,从微观变形机制的角度研究镁合金在不同加载方式下的塑性变形行为。通过EBSD等实验结果与模拟结果对比发现,轴向压缩过程中,协调变形的主要机制为拉伸孪生和基面滑移,拉伸孪晶的大量开启导致晶粒c-轴发生约90°的旋转,使得{0002}基面织构的极密度向挤压(ED)的正反方向偏移,{11-20}和{10-10}棱柱面织构的极密度逐渐向垂直于挤压方向的TD方向偏移;轴向拉伸过程中,变形初期的变形机制以基面滑移为主,棱柱面滑移为辅,随着变形的增加,主导变形机制变为棱柱面滑移;且无论变形百分比多少,{0002}和{11-20}极图基本没有发生变化,只是织构强度有所增加,而棱柱面滑移的大量开启,使得{10-10}棱柱面织构的极密度向ED方向偏移。

UNS N06625镍基合金管坯热扩孔工艺研究

采用FEM方法对高温镍基合金UNS N06625管坯优化前后的扩孔工艺进行了模拟,分析了扩孔锥与管坯喇叭口不同配合下的金属流动和位移特点,探讨了扩孔过程中管坯上端开裂的原因。采用SMS 20MN立式扩孔机完成UNS N06625管坯的热扩孔生产试验,实际生产结果较好地验证了模拟结果。结果表明,管坯喇叭口由准125 mm×33.5°优化为准125 mm×19°,有利于改善扩孔导致的管坯上端开裂缺陷。

AZ31镁合金固溶处理关键工艺参数及实验验证

AZ31镁合金由于其力学性能较差,在工程运用中受到了极大的限制。本文对AZ31镁合金进行不同时间、不同温度的固溶处理,改变镁合金内部的组织结构,从而改善镁合金的力学性能。通过拉伸实验,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,对固溶处理后合金的拉伸应力应变曲线及参数图、金相图、拉伸断裂后的断面形貌图进行分析。结果表明,随着固溶处理温度的增加及时间的延长,镁合金的晶粒出现再结晶和均匀化,使得合金的抗拉强度在固溶处理后得到提升,断面形貌中的韧窝数量有所增加,伸长率变大;随着拉伸速度的增加,合金的抗拉强度增大,伸长率减小,拉伸速度减小时,正好相反,对镁合金固溶处理过程中性能的提升以及工程应用有一定的参考意义。

不锈钢管坯热扩孔用剪切环形状研究

采用有限元模拟和实际生产试验相结合的研究方法对60MN热挤压生产线的热扩孔变形工艺进行了研究,重点对热扩孔工艺中的剪切环能否顺利剪断扩孔后的余料进行分析。设计了3种不同形状的剪切环并对热扩孔过程进行了模拟分析,模拟结果认为J3剪切环有利于热扩孔余料的剪断并且承受轴向和径向载荷最小,对改进热扩孔生产工艺具有指导意义。

UNS N08825镍基合金无缝管冷拔变形工艺研究

采用有限元模拟UNS N08825镍基小直径无缝钢管在3种不同变形工艺下的变形过程;分析冷拔过程中应力、应变和金属流速等的分布以及冷拔前后壁厚的变化,并预测冷拔载荷;结合模拟结果和实际生产经验,制定最适合的变形工艺路线。

Effect of Multi-pass Compression on the Microstructure of 7 085 Aluminum Alloy

The isothermal compression tests of 7085 aluminum alloy were carried out on Gleeble-3800 thermal simulator by two-pass(30%per-pass)and three-pass(20%per-pass)at 300-400℃and the strain rate of 0.01 s^(-1).The effect of compression strategy on microstructure evolution of 7085 aluminum alloy was analyzed by optical microscopy(OM)and electron backscattering diffraction(EBSD).The results show the softening mechanism of 7085 aluminum alloy is mainly recovery,the recrystallization degree is sluggish when the samples deform at 300℃.The fraction of recrystallized grains just reaches 23.2%at a higher deformation temperature of 400℃,while a large amount of sub-grains with equiaxed morphology are formed inside the deformed grains.Different deformation paths have a significant effect on the microstructure evolution of the 7085 aluminum alloys,and more uniform and fine microstructures are obtained at the three-pass deformation.In addition,a short holding time of 5 s is not enough to trigger the static recrystallization.When the holding time reaches 120 s,the dislocations rearrange and a large number of recrystallized grains and regular sub-grains appear inside the original grain.In a word,more uniform and fine microstructures are obtained at three-pass deformation at 400℃and 120 s of 7085 aluminum alloy.

基于压扁实验导致焊管开裂的原因分析

从实验设备、材料质量、人员操作等方面对焊接钢管在压扁实验中产生开裂的因素进行了分析,得出焊管在压扁实验中产生开裂的主要原因,并提出了对开裂问题的处理策略,为进一步提高焊接钢管质量提供了理论参考。

Effect of Precipitate Phases and Grain Size on Mechanical Properties of Inconel 718 Superalloy After Various Heat Treatments

Various heat treatments were conducted on Inconel 718 superalloy,and the resultant microstructures and properties were investigated to analyze the mechanisms of heat treatments.Results show that the type and quantity of precipitate phases and the grain size have different effects on the properties of Inconel 718 superalloy after various heat treatments.Theγ"andγ'phases as well as grain size mainly influence the strength,and theδphase mainly influences the plasticity.Besides,the precipitation ofγ"andγ'strengthening phases can improve the yield strength.The alloy strength is inversely proportional to mean grain size when theγ"andγ'phases have similar contents.The plasticity is susceptible to the content and shape ofδphase.A proper amount ofδphase is beneficial to the plasticity,but excessiveδphase degrades plasticity.

轧制速度对AZ31镁合金管材冷轧成形的影响

轧制速度是三辊式冷轧成形过程中关键的工艺参数,决定其力学特征及温升情况。基于此,以冷轧AZ31镁合金管材为研究对象,通过全流程数值仿真计算,对比分析不同轧制速度在各特征变形段对等效应力、等效塑性应变及节点温度的影响规律。结果表明,等效应力、等效塑性应变及节点温度均随轧制速度的增大而增大。通过元胞自动机模型及实验等手段,探明了晶粒在轧制过程中产生连续再结晶并细化的初步组织演变规律;对比分析实验与模拟结果并结合多方面因素,得到800 mm/s的轧制速度可以更好的满足工艺要求的结果,为冷轧镁合金管材轧制速度的选择提供依据。

AZ31镁合金无缝管材冷轧成形过程研究

镁合金在室温下塑性较差,导致其在轧制过程中组织分布不均而引起应力差异,因此从镁合金材料特性角度出发,分析成形过程中力学特征及组织演变过程就显得至关重要。基于此,本研究通过实验建立AZ31镁合金分段本构模型,构建包含晶粒拓扑技术的元胞自动机模型。借助二次开发技术,将上述本构模型、元胞自动机与有限元软件结合起来进行仿真,获得包含应力、应变、晶粒大小和分布规律等预测结果,对控制皮尔格轧制AZ31镁合金成形工艺以实现对成形和性能的协调控制具有一定意义,并通过实验对模拟结果进行验证。

镍基合金GH625管材用挤压模设计与应用

采用FEM方法,对高温镍基合金GH625管材的平模和锥模两种不同挤压工艺进行模拟,分析了应力和应变分布特点。在挤出管材的壁厚方向上取5个点追踪应力、应变、应变速率和金属流动速率的变化规律,通过应变变化规律分析管材壁厚方向上的分层缺陷,对比平模和锥模两种不同模型设计对挤压载荷的影响。结果表明,锥模有利于降低挤压力和减小挤压过程中壁厚方向上的金属流速差。采用60 MN卧式挤压机进行平模和锥模两种不同挤压模设计的实际挤压生产试验,验证了模拟分析结果的正确性,锥模可以解决GH625管材壁厚方向上的分层。