多向镦拔2219铝合金硬质相形貌观测与分析

为进一步优化2219铝合金的力学性能,采用多向镦拔工艺改善2219铝合金中硬质相形貌。随着累积变形量增加到7.9,硬质相面积占比从9.66%降低为7.37%;并且其中长径比大于3的硬质相占比由初始的83.15%降低到34.23%。基于应变梯度理论建立了长椭球硬质相的细观模型,考虑到硬质相尺度效应,当其长径比从1增加到8时,应力集中系数从3.17增大为11.67;随着变形量的增加,硬质相的尺度效应逐渐弱化。通过多向镦拔实验证明了其可以有效改善硬质相形貌;将实验结果与计算结果进行对比,证明了应变梯度理论应用于2219铝合金硬质相分析的可行性。

大功率风电主轴承用GCr15SiMn2轴承钢Φ800 mm锻材试制

大冶特钢通过70 t电弧炉→LF→RH精炼→20 t模铸钢锭→锻造的工艺试制出直径Φ800 mm高碳铬轴承钢GCr15SiMn2大规格锻材,产品用于制作5 MW及以上大功率风电机组主轴承。采用控制钢中残余元素w[Ti]≤0.0016%、高碱度渣精炼[CaO(48%~55%)-SiO2(3%~8%)-Al2O3(30%~40%)-MgO(4%~6%),碱度R≥6]、RH真空处理、保护浇注、合理的浇注工艺(浇注温度和速度)及两镦两拔锻造(综合锻造比≥4)等措施,钢材的低倍组织级别1.0级,钢中B细、D细、DS类夹杂物均不大于1.0级,碳化物带状级别CZ7.5级,钢的淬透性J45 mm达到61.0HRC,各项性能均满足标准要求。

管端增厚控制的设定计算通用模型

根据张力减径的管端增厚控制原理,运用最小二乘法和三次插值法,分别建立了适用于集中传动、单独传动、混合传动的管端增厚设定计算模型,对其实际计算结果进行了分析。分析结果表明,该模型符合管端增厚控制的工艺要求。

锻比、相对变形量与对数应变

针对目前总锻比计算公式不一致的现状,对比了锻比、相对变形量和对数应变的定义和计算公式,导出了3种变形量指标的转换公式,提出用对数应变计算分变形量和总变形量的设想。给出了锻比与对数应变的相互关系和多工序锻造过程变形量的计算实例。指出采用对数应变计算变形量更科学。

大型挤压辊锻件两次镦拔工艺锻前加热研究

采用两次镦拔锻造工艺,可以在大型水压机上利用小钢锭锻造大型挤压辊锻件。由于锻件尺寸大,两次镦粗和两次拔长相结合,锻造过程历时较长,需要三次锻前加热。加热不当会造成资源和时间的浪费,甚至造成锻件的报废。本文通过理论分析,考虑到材质和锻件尺寸及生产条件,制定了RP170-110挤压辊锻件两次镦拔锻造前的加热工艺,包括锻造温度范围、装炉温度、加热速度以及保温时间等。结果表明,该加热工艺具有良好效果。

大型锻件的锻造工艺研究进展

大型锻件的基本锻造工序是镦粗和拔长,二者都能改善锻件的内部质量。探讨了扭转镦粗的原理,分析了影响扭转镦粗的各种因素;介绍了型砧拔长工艺,评述了各种不同型砧对拔长效果的影响。

锻造理论与工艺的进展

塑性加工原理中，在镦粗工艺理论方面，发现、提出与研究了平板间镦粗圆柱体的新理论。在此基础上，提出了广义滑移线法和力学分块祛。为了克服平板激粗时其镦粒体内变形不均匀与应力状态不佳的两大缺陷，从改变毛坯端部的边界条件入手，提出了一种新工艺──锥形板镦粗。在拔长工艺理论方面，应用方柱体镦粗的两个新力学模型与拔长的刚端影响问题，论证了只有砧宽比一个工艺参数的不足，而应补充一个新的工艺参数──料宽比，才能正确描述拔长体中心区域的应力状态与有效控制锻件质量，并进一步解决了该拔长理论工艺参数量值的合理匹配与确定，在“锻造条件对毛坯内部空洞闭合的影响”研究中，提出了增加料宽比对横向拉应力控制的“新FM（FreefromMannesmanneffect）法”。并在此基础上提出了横向无拉应力锻造法。用上述理论指导工艺生产，可大幅度提高锻件的质量。

基于Deform-3D的齿轮箱输出轴锻造成形研究

大型齿轮箱输出轴属于大型轴类锻件。针对某齿轮箱输出轴锻造质量不高的问题,提出了两次镦拔成形工艺,并运用有限元软件Deform-3D对其锻造工艺进行了数值模拟。结果表明,采用两次镦拔工艺,可以得到质量更佳的输出轴锻件。

整锻挤压辊两次镦拔新工艺的数值模拟

整体锻造挤压辊是整个辊压机的关键部件,形状短粗,是大型粗短轴类零件的代表,锻透性较差;空洞型缺陷是造成产品合格率低的一个重要因素,必须消除。本文利用Deform-3D模拟软件,对两次镦拔新工艺应用于RP170-110挤压辊的第1次镦拔过程进行了理论验证。通过对镦粗后采用WHF法和FM法拔长过程的数值模拟结果进行对比,说明两次镦拔新工艺中的第1次镦拔工艺—镦粗+WHF法拔长能够在足够大的三向压应力状态下,在再结晶温度以上愈合孔洞型缺陷,提高了大型短粗轴类锻件的锻透性。8件锻件全部试制合格的结果也证明了两次镦拔新工艺第1次镦拔的合理性。

锻造变形方式对叶片钢1Cr12Ni2Mo2VN横向冲击韧性的影响

分析了常规锻造-拔长,镦粗-拔长,镦粗-拔长-镦粗-拔长,镦粗-换向拔长4种锻造方式对叶片钢1Cr12Ni2Mo2VN(%:0.10C,0.17Si,0.74Mn,0.014P,0.002S,11.8Cr,2.43Ni,1.65Mo,0.32V,0.035 2N)2.5t电渣锭锻造成Φ220 mm棒材横向冲击韧性的影响。结果表明,单道次大压下量的镦拔锻造及镦拔次数的增加可显著提高叶片钢的横向冲击韧性,2镦2拔后的棒材经1050℃1h油冷,660℃2h空冷后的横向冲击功为141 J,横纵向冲击值比可达90%以上,组织均匀,晶粒细化。

反复镦拔SIMA法制备100Cr6钢半固态坯料的工艺与组织

利用多道次反复镦拔预塑性变形和半固态等温处理工艺(反复镦拔与等温处理SIMA法)制备了100Cr6钢半固态坯料,对100Cr6钢细化晶粒的反复镦拔预变形工艺和后续的等温处理工艺及其微观组织分别进行了研究。结果表明:反复镦拔预变形可以有效利用塑性变形破碎枝晶而达到细化晶粒的目的,从未预变形(镦拔0次)到镦拔3次,晶粒直径先快速减小然后变化不大;当反复镦拔3次时,试样中心的晶粒直径减小了90.4%,即从未经预变形的晶粒直径Φ274.1μm细化到Φ26.2μm;而试样边缘的晶粒直径减小了91.7%,细化效果更佳。在半固态温度区间进行等温处理时,随着温度的增加,半固态坯料的晶粒逐渐近球化;随保温时间的增长,半固态坯料的晶粒逐渐变大;尺寸为Φ10 mm×15 mm的试样在1420℃下保温30 min等温处理后所得半固态组织相对较好。

FGH96合金反复镦拔与挤压缺陷对比分析

对FGH96合金反复镦拔变形与挤压变形两种制坯工艺的夹杂缺陷水平进行了比较,并分析了不同变形状态下非金属夹杂物的形变特性。结果表明:反复镦拔变形后,锻件内检测到的非金属夹杂物数量有不同程度的增多,超标缺陷成倍增长;而FGH96合金挤压+等温锻造变形后,锻件内检测到的非金属夹杂物数量明显减少,纯净度水平有大幅提高。从微观夹杂物形貌的变形特性来看,等温锻造变形时在垂直于变形方向合金中夹杂物缺陷的尺寸增大;反复镦拔变形时,合金中原有非金属夹杂物缺陷聚集使可检测到的缺陷面积增大;而在挤压变形过程中,夹杂物缺陷在挤出方向被拉长成不连续的线状,每个方向上夹杂物的面积均减小;FGH96合金挤压+等温锻造变形后夹杂缺陷的大小主要由挤压变形后夹杂缺陷破碎情况决定;因此大挤压比变形可有效破碎合金中非金属夹杂物,改善锻件质量。

在超低温下使用的TC4 ELI钛合金锻棒的研制

在低温下,TC4 ELI钛合金只能在-196℃下使用。根据某工程的实际需要,开发超低温(-253℃)用TC4ELI钛合金锻棒。从控制氧含量和提高合金纯洁度入手,并在锻造工艺上采用最新"三三一"镦拔组合变形工艺来提升锻棒的组织均匀性,来提高强度和塑性。实验结果表明:高纯洁度是提高TC4 ELI钛合金在-253℃下塑性的基础;"三三一"镦拔变形工艺制得100 mm棒材的超低温力学性能较好,其Rm为1 480～1 510 MPa,Rp0.2为1 240～1 290MPa,A为12.67%～18.67%,Z为27.8%～33.3%,满足工程技术性能指标要求(J901-01-2009)。

大锻件形变新理论、新工艺及关键技术研究的回顾与展望——为纪念《大型铸锻件》杂志创刊100期而作

《大型铸锻件》杂志创刊 1 0 0期之际 ,回顾了燕山大学经过厂校合作 ,在大锻件锻造新理论、新工艺及其关键技术研究方面取得的进展 ,并提出了相应的展望。

大型铝合金铸锭均匀化镦拔优化与模拟

目的给实际生产中大型铝合金铸锭的镦拔提供一套较为全面系统的工艺优化依据。方法提出以理论变形量计算为指导的镦拔参数优化方法:首先将变形过程视为均匀变形,计算坯料镦拔的理论等效应变参数公式;然后针对给定的最终坯料尺寸,优化镦拔过程参量,使理论等效应变均值最大;最后根据优化的镦拔过程参量数值,模拟镦拔工艺过程,对比等效应变的理论均值和模拟均值。结果随着镦拔次数的增加,等效应变均值不断增加,理论值与模拟值偏差逐渐减小,但应变均匀性越来越恶化。结论为得到满足均匀性条件的最终坯料提供了一个有效手段。

大型锻件锻造工艺理论与技术的进展

在大型锻件锻造工艺理论与技术领域 ,首先 ,对普通平板间镦粗圆柱体 ,根据其高径比 H /D不同 ,提出了两个新理论 :H / D>1,刚塑性力学模型的拉应力理论 ;H / D<1,静水应力力学模型的剪应力理论。前者打破了镦粗体 (不管高径比大小 )内三向压应力传统之说 ,并为轴对称塑性体的广义滑移线解和主应力分块法、数值模拟求其应力场提供了力学模型 ;后者解决了大型饼类锻件中出现的“夹馅饼”缺陷的难题。在此基础上又提出了锥形板镦粗的新工艺及其力学原理。在拔长工艺理论方面 ,应用方柱体镦粗的两个新力学模型与拔长的刚端影响问题 ,论证了只有砧宽比一个工艺参数的不足 ,而应补充一个新的工艺参数——料宽比 ,才能正确描述拔长体中心区域的应力状态与有效控制锻件质量。并进一步解决了该拔长理论工艺参数量值的合理匹配与确定。在“锻造条件对毛坯内部空洞闭合的影响”研究中 ,提出了增加料宽比对横向拉应力控制的“新 FM法”。在此基础上提出了横向无拉应力锻造法。上述工艺理论指导工艺生产 ,可大幅度提高锻件的质量。

液压机上镦粗与拔长新理论与新工艺的研究

在镦粗工艺理论方面 ,提出了圆柱体镦粗的刚塑性力学模型的拉应力理论和静水应力力学模型的切应力理论 ,设计了锥形板镦粗的新工艺。在拔长工艺理论方面 :应用方柱体镦粗的两个新力学模型与拔长的刚端影响问题 ,论证了只有砧宽比一个工艺参数的不足 ,而应补充一个新的工艺参数——料宽比 ,才能正确描述拔长体中心区域的应力状态与有效控制锻件质量 ;并进一步解决了该拔长理论工艺参数量值的合理匹配与确定 ;在“锻造条件对毛坯内部空洞闭合的影响”研究中 ,提出了增加料宽比对横向拉应力控制的“新 FM(Free from Mannesmann effect)锻造法”;并在此基础上提出了横向无拉应力锻造法。用上述理论指导工艺生产 。

大型挤压辊两次镦拔新工艺的数值模拟Ⅱ

缺陷检验表明,夹杂是大型挤压辊锻件报废的重要原因之一。而两次镦拔新工艺的第二次镦拔工序是以控制夹杂物状态、提高超声波探伤能力为目的的新工艺。利用商业软件Deform,对两次镦拔新工艺的第二次镦粗+WHF法拔长与镦粗+FM法拔长锻造RP170-110挤压辊的过程分别进行了数值模拟研究。结果表明,镦粗后采用两种方法拔长均能够出现三向压应力,在成形锻件的同时,有效控制夹杂物状态,且效果相当。8件试制锻件全部合格的结果说明了数值模拟的正确性和两次镦拔新工艺第二次镦拔工序的合理性。

可在400～500℃使用的TC4-B钛合金棒材研制

通过在TC4钛合金中添加Si、O、Mo、Zr、Sn合金元素，研制出名义化学成分为Ti-6Al-4V-0．3Si-0．3Mo-0．3Zr-O．3Sn-0．150的TC4-B钛合金。并采用两种镦拔组合变形工艺，制备尺寸为妒5mm圆棒和51mm×85．6mm扁方棒。结果表明：经“三三一”工艺锻制的TC4-B钛合金棒材显微组织更为均匀；力学性能明显优于经常规工艺锻制的棒材，其室温拉伸强度可达1000MPa以上，500℃时拉伸强度可达636MPa，伸长率为18％，断面收缩率为61％，可在400～500℃高温条件下使用。

大锻件锻造新理论与新工艺研究——“大型锻件的模拟技术及质量控制研究”成果综述

从宏观力学出发 ,通过理论解析和反复试验 ,提出了圆柱体平板镦粗和平砧拔长新理论 ,在此基础上 ,提出一系列新锻造工艺 ,如锥形板镦粗、L Z锻造法、新 FM锻造法等。从热力学着眼 ,对控制锻造及对晶粒度控制进行了研究 ,提出了有价值的低压转子钢工艺。部分研究成果已在生产中应用 ,获得显著的经济及社会效益 ,发表的部分论文被国内外文摘引用 ,受到国内外学术界高度评价。专家验收意见认为 :该项课题研究“属先进制造技术基础性研究的学科前沿领域”,研究成果“促进了学科的发展”。