颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形有限元模拟

目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为研究对象,构建了能预测粉末热等静压成形过程的有限元模型。使用Gurson-Tvergard-Needleman(GTN)模型作为粉末本构模型,建立了粉末尺度的代表性体积单元(RVE)对GTN模型进行修正。结果通过对比GTN模型计算结果与实验结果,发现修正后的GTN模型能更准确地预测模型的最终变形尺寸,与修正前相比,相对误差降低了1.6%~2.9%。使用修正后的GTN模型对杯形回转体零件的热等静压成形过程进行预测,最终形状的计算结果与实验结果的相对误差仅为0.2%~3.1%,致密度分布的相对误差在0.5%以内。在探究包套厚度对热等静压过程的影响时发现,随着包套厚度的增大,热等静压过程中的屏蔽作用增强,内部粉体致密度下降。结论为PRAMC热等静压近终形制备的形状和致密度控制问题提供了有限元预测工具,辅助优化了热等静压工艺和包套设计,降低了颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形过程开发的试错成本。

高温气冷堆压力容器封头近净成形技术研究

通过对高温气冷堆压力容器封头外形特点进行分析,提出了“预制板坯+冲压”的成形方案。通过对高温气冷堆压力容器封头锻件板坯制造和板坯冲压工艺方案进行研究,获得了整体长砧过中心镦剥的板坯控圆成形工艺和大直径板坯大位移小变形冲压成形工艺。通过工程实践,验证了高温气冷堆压力容器封头的近净成形方案合理可行。

粉末钛合金热等静压近净成形技术及发展现状

粉末钛合金热等静压(HIP)近净成形技术作为一种理想的钛合金构件制备工艺之一,可以通过整体近净成形产品来提高材料利用率,降低钛合金产品的生产成本和生产周期,因此越来越受到武器装备等军工领域的关注。自该工艺出现以来,材料学者从原材料粉末的制备、包套设计、近净成形过程到材料的后处理都做了系统的研究,以了解该工艺的技术原理和材料性能影响因素,进而获得更高性能的产品,并进一步降低生产成本。研究表明,原材料粉末和包套设计是影响粉末钛合金近净成形产品质量和成本最重要的两个因素。球形度高、流动性好的钛合金粉末具有好的填充性和高的松装密度,能增加产品的成形精度。与此同时,作为控制粉末冶金制品中组织结构、孔洞和杂质元素的关键因素,高质量钛合金粉末的使用还可以获得力学性能更加优异的产品,但此种粉末的价格较高,增加了粉末冶金的生产成本,所以高质量、低成本钛合金粉末的制备是钛合金粉末冶金未来发展的重要方向之一。包套作为钛合金HIP近净成形技术的主要成本构成之一,合适的材料选择和结构设计既可以提高产品的成形精度又可以改善产品的表面质量,而通过计算机仿真模拟技术来设计包套和模拟近净成形过程,可以进一步提高成形精度和降低构件的研发成本,因此计算机仿真模拟是钛合金HIP近净成形未来发展的重点。通过选择合适的原材料粉末、设计合理的成形包套以及精确控制的成形过程,目前HIP近净成形获得的钛合金构件显示出与锻件相当的力学性能,而成本相对铸锻件节约了1/3以上。近年来,粉末钛合金热等静压近净成形技术在国外的航空航天等军工领域都已经得到了广泛的应用,并显现出理想的减重和降低成本的效果;国内则主要以航天领域的应用为主,而对其疲劳性能的质疑是限制其在国内航空领域广泛应用的主要原因。本文对粉末钛合金HIP近净成形技术进行了全面综述,对工艺过程中的影响因素,粉末致密化过程、力学性能及其影响因素等分别进行了阐述,同时介绍了计算机仿真模拟技术在粉末钛合金HIP近净成形技术上的应用。最后对该技术在国内外的应用情况进行了简要总结,并展望了该技术未来的发展趋势。

激光近净成形Ni-Cu-Sn合金

利用激光近净成形技术成形出无变形的Ni-Cu-Sn合金样品。沿沉积方向显微组织主要为柱状晶,呈外延式跨层生长,长度随工艺参数不同而变化。平均显微硬度HV0.2在1700MPa左右,而弹性模量和延伸率波动较大,这与高功率下近净成形颗粒全熔化的凝固特性有关。

高温合金电磁软接触近净成形定向凝固研究

传统高温合金叶片类铸件制备过程中 ,熔体长时间受到陶瓷模壳材料的污染 ,性能难以提高 .借助于电磁软接触成形技术中的电磁压力使高温合金熔体呈半悬浮状态 ,减少了熔体与磁模结晶器的接触面积和时间 ,提高了合金熔炼和成形的纯净度 ,同时将该技术和定向凝固技术相结合开发了一种实现高温合金复杂形状电磁软接触成形定向凝固的工艺 ,并探讨了该工艺下 3种结晶器材料 (陶瓷、磁模和石墨 )中磁感应强度的分布规律 ,结果表明 ,石墨套高度对磁模结晶器中磁感应强度的大小和分布以及熔体温度场有很大影响 .

激光工程化净成形技术的研究

激光工程化净成形技术是近年发展起来的一种新的快速成形技术 ,它将选择性激光烧结和激光熔覆技术相结合 ,不需要浸渗、热等静压等复杂后处理工序即可快速获得致密度和强度均较高的金属零件。本文介绍一种激光工程化净成形实验系统的组成 。

21世纪最具发展前景的近净成形技术——半固态加工

就半固态加工技术的制坯机制、半固态充填流变学、高压下结晶凝固和力学成形理论进行了讨论,在此基础上, 就目前流变成形和触变成形的工艺过程、特点以及应用前景作了分析,指出由于半固态加工与其他成形工艺相比具有许多 优势,是一种潜在的、正逐步为世人认识的最具发展前景的近净成形技术之一。

钨异形件等离子喷涂近净成形技术研究

采用等离子喷涂近净成形技术制备钨喷管﹑钨药型罩等薄壁或复杂形状零部件,研究热等静压温度﹑压力及处理时间对其致密度﹑组织结构、显微硬度及拉伸强度等性能的影响。研究结果表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为85.6%,其显微硬度和拉伸强度等力学性能偏低。经低压热等静压(1600℃,10 MPa,60 min)﹑高压热等静压(1 600℃,150 MPa,120 min)及二步热等静压(1 600℃,10 MPa,60 min和1 600℃,150 MPa,120 min)处理后,随着热等静压压力的升高以及处理时间的延长,钨构件的相对密度、显微硬度及拉伸强度逐渐增大,多面体再结晶晶粒逐渐长大,沉积层仍保持原始的层片结构。然而,当热等静压温度显著升高及时间延长(2 000℃,10 MPa,360 min),样品由层片结构转变为颗粒结构,再结晶晶粒显著长大,断口呈典型的穿晶断裂形貌。

激光工程化净成形技术同轴送粉的研究

介绍了激光工程化净成形系统同轴送粉器组成和工作原理 ;通过试验分析可知 ,粉末送给量与步进电机转速成正比 ,加工层厚与粉末送给量成正比 ;激光焦点与喷粉焦点不重合是造成成形件侧表面粗糙、堆积高度波动、截面厚度不均匀和尺寸误差的直接原因 。

2A12铝合金薄壁壳体的近净成形加工技术研究

采用温挤压制坯与温冲压成形相结合的近净成形加工技术,对壁薄且外形复杂的2A12铝合金小型外壳体进行精密成形加工。将圆柱体坯料放入箱式加热炉内加热至(400±20)℃并保温一定时间,用猪油作润滑剂,在YX32-100型四柱液压机上进行温挤压制坯,然后在J23-63型冲床上进行温冲压成形。成形加工的2A12铝合金薄壁外壳体锻件,其内腔表面粗糙度达到Ra0.8～1.6,内腔侧壁与底面的圆角小于R0.2 mm,内腔尺寸精度高且一致性好,无砂眼、毛刺、裂纹和折叠等缺陷;锻件除两端面留有加工余量外,其余部分不再后续切削加工就可以达到外壳体零件的尺寸精度、表面质量和形位公差等要求。

钛合金HIP近净成形技术在航天上的应用

介绍了钛合金热等静压(HIP)近净成形的工艺特点及其在国内外航天领域的应用情况。与锻造、精密铸造、机械加工等传统成形方法相比,HIP近净成形钛合金综合力学性能高,节约原材料、成形周期短。由于产品的综合力学性能高、尺寸精度可控性好,HIP近净成形技术非常适合异型结构件特别是含空间曲面结构件的精密成形。

复杂锻件净成形过程温度场的数值模拟

本文以数值模拟方法为工具，以齿轮温态净成形（Ｎｅｔ－ＳｈａｐｅＦｏｒｍｉｎｇ）工艺为对象，研究了复杂锻件净成形过程热力学因素对工件／模具系统的影响。重点探讨了工件与模具的接触传热问题及使用有限元程序分析计算的实现方法，并验证了其正确性。模拟分析得到的温度场可用于模具寿命和锻件精度的预测。

高体份SiC_p/Al复合材料型芯法无压浸渗近净成形制备技术

选用表面热喷涂MgO涂层的铝合金型芯成功地实现了高体份SiCp/Al复合材料的无压浸渗近净成形制备。利用SEM,EDS,XRD等手段对SiCp/Al复合材料的组织结构、断口形貌和相组成进行了分析。分析结果表明:SiCp/Al复合材料与铝合金型芯之间无明显的异质界面相存在,浸渗复合过程中紧贴型芯处的SiC颗粒堆积体未发生过坍塌、溃散,颗粒分布均匀,表面涂层的存在使型芯很好地保持了形貌。型芯的使用不仅没有给复合材料带来成分的污染,通过测试、比较距离型芯约500μm处的复合材料与远离型芯的复合材料的弯曲强度、弹性模量、密度、线膨胀系数及热导率,证实了型芯的使用没有引起复合材料性能的劣化。另外,通过对型芯尺寸的合理控制,完全能够以无压浸渗法制备出型腔尺寸较为精准、形状规则的高体分SiCp/Al复合材料制件。

近净成形制备SiC_p/Al复合材料Ⅱ:SiC预成形坯自发熔渗Z101

以超细SiC粉（W7）为原料制备的SiC多孔骨架为先驱体，采用无压渗透工艺制备出致密、增强体分布均匀的SiC／Al复合材料。SiC-Al间存在厚度为0．3-0．5μm的界面层，该界面层能很好地被铝液润湿，并阻止铝液与SiC的接触与反应。SiC坯体渗入铝合金后无形状和尺寸的变化，能够实现制品的近净成形。加入SiC后，铝合金的强度显著提高，弹性模量提高近1倍。细颗粒的SiC能更好地抑制铝基体的热膨胀。材料的热学性能可通过SiC的含量来调整，SiC体积分数介于37％至54％之间时，室温导热系数介于136W／（m·K）至118W／（m·K）之间，室温至100℃的平均线热膨胀系数介于9．98×10^-6K^-1至7．69×10^-6K^-1之间。

砂型数字化柔性挤压近净成形化算法研究

在砂型数字化无模铸造精密成形技术基础上,为实现砂型数字化柔性挤压近净成形创新提出了砂型数字化挤压成形方法,研究了砂型挤压成形优化算法,建立了砂型挤压头阵列包络体积最大值目标函数V(α,X,Y)max及其约束条件数学模型,优化出挤压砂型近净成形的最优角度和位置,使数字化挤压砂型型腔与数字化设计砂型型腔尺寸逼近,实现砂型数字化柔性挤压近净成形。

真空热处理对激光近净成形In625和C-276合金性能的影响

对激光近净成形两种镍基高温合金Inconel 625和Hastelloy C-276分别进行热处理实验,然后分析热处理工艺参数对合金室温拉伸性能的影响。结果分析表明:在800,900℃去应力热处理后,Inconel 625合金抗拉强度提升不明显,而在1000℃以上进行固溶处理后,合金抗拉强度得到提高。1100℃热处理后,Inconel 625合金的抗拉强度与沉积态相比得到明显提高。在800,900℃去应力热处理后,Hastelloy C-276合金强度也未明显提高,而在1000℃以上进行热处理,随着热处理温度提高,合金抗拉强度逐渐升高。1150℃进行热处理后,Hastelloy C-276合金的抗拉强度与沉积态相比得到明显提高。激光近净成形工艺制备的两种镍基高温合金室温拉伸断裂方式为韧性断裂。

汽车电机爪极铸锻复合近净成形及数值分析

分析了汽车电机爪极铸锻复合近净成形的技术原理和特点,进行了爪极制件的铸锻复合成形试验,设计了合理的模具结构,获得了合格的制件。同时,采用数值模拟和有限元分析的方法获得了成形过程的力能参数和相关的场量信息。研究结果表明:该技术成形汽车电机爪极成形力小、工艺流程短、锻件质量好、节能、节材,必将具有广阔的发展和应用前景。

基于数值计算的近净成形直齿锥齿轮齿形精度控制方法

针对塑性成形的直齿锥齿轮齿形精度不高、修形考虑不足的问题,提出了一种基于数值计算的近净成形齿形精度控制方法,并详细描述了其工艺流程。以轿车差速器行星锥齿轮为对象进行应用研究,进行了直齿锥齿轮的数字化建模、接触分析、塑性成形工艺有限元仿真和回弹计算。结果显示,在齿高方向上,回弹最小在鼓形处,往齿顶和齿根方向回弹量逐渐增大,接近齿顶处达到最大回弹0.14 mm。对模具型腔进行了二次修正的精度控制,使齿形偏离理论修形齿面的值降到-0.025 mm以下。研究结果表明,采用该方法能够获得具有较高齿形精度的直齿锥齿轮产品。

粉末近净成形流变特性的研究现状

喂料的流变特性是粉末近净成形性能的关键所在,而喂料的粘度是其流变学最重要的特性。综述了粉末近净成形工艺(粉末挤压成形和注射成形)中喂料的流变特性和几种基本的流体流型,介绍了几种测定粘度的方法和原理,分析了喂料粘度(粘结剂组成)、粉末特性(颗粒尺寸、颗粒形状)和成形工艺条件(剪切速率、温度、压力)对喂料流变特性的影响规律,指出了流变学研究的意义及其应用前景。

粉末冶金热等静压方法制造的近净成形Ti−45Al−7Nb−0.3W合金的组织及高温力学性能

采用热等静压(HIP)方法制造近净成形的Ti−45Al−7Nb−0.3W(摩尔分数,%)合金零件,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)技术研究热等静压制备的Ti−45Al−7Nb−0.3W合金的显微组织和高温力学性能。结果表明,在700℃条件下,热等静压制备的合金的屈服强度和极限抗拉强度分别为534和575 MPa。该合金在850℃时表现出良好的综合力学性能。在变形温度为1000℃、初始应变率为5×10^−5 s^−1时合金表现出超塑性特性。当拉伸温度低于750℃时主要变形机制为位错滑移和机械孪生。当变形温度高于800℃时,位错在晶界堆积,促进晶界滑移和晶粒旋转。