复杂微型构件特种能场辅助微成形研究进展

随着复杂微型构件特征尺寸的不断减小,尺度范围不断扩大,材料种类日益增多,单纯依靠模具施加载荷的塑性微成形技术受到越来越多的挑战,成为制约微型构件实际应用的关键技术瓶颈。特种能场微成形技术利用超声场、电场和电磁场等能场与材料相互作用产生的特殊物理效应进行微加工,可以明显改善材料的塑性流动,降低微成形载荷,从而显著提高微型构件成形质量。本文综述了超声场、电场和电磁场等特种能场作用下塑性微成形的研究进展。首先探讨了特种能场作用下材料力学性能响应机制及微成形尺度极限,其次介绍了特种能场作用下微成形过程中材料微观组织结构演化与缺陷形成机理,最后总结了特种能场辅助微成形的关键工艺参数及其对成形质量的影响规律,强调了通过优化工艺参数实现高精度成形的重要性,为复杂微型构件的低成本、高效制造提供了新的技术路径。

超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题,各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作,详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液-固”双重效应,总结了超声能场对增材制造金属材料的显微组织及其表面粗糙度、显微硬度、残余应力、耐腐蚀等性能的影响。研究表明,超声能场使材料内部组织晶粒显著细化、孔隙率降低、耐腐蚀性能提高;同时使增材制造构件显微硬度升高,应力状态向有利于构件性能的残余压应力转变。

钛合金温度/超声复合能场辅助成形及应用

基于材料在温度场下高温软化效应和超声能场下体积效应与表面效应,提出了钛合金温度/超声复合能场辅助成形方法,期望利用超声振动能场进一步提高钛合金钣金件热成形变形能力和成形质量,或者在相同成形质量下降低钛合金热成形温度。介绍了温度/超声复合能场辅助成形原理与装置,分析了复合能场对钛合金板材力学性能、微观组织以及钛合金板与模具间摩擦的影响。在此基础上,将该方法应用到钛合金弯曲及复杂弯边件的成形中,并对成形质量及成形性能进行了分析。最后对复合能场辅助成形过程存在的问题及发展趋势进行了总结与展望。

外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术综述

外部能场辅助搅拌摩擦焊接是一种改进型固相焊接方法,在航空航天、汽车制造、能源领域等方面得到了广泛应用,通过引入外部能场,可以改善焊接接头的组织和性能,提高焊接质量和效率。本文对外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术进行了分类,综述了能场的选择和控制、工艺参数的优化等,阐述了外部能场对焊接温度、轴向载荷、接头组织性能的影响,最后总结了外部能场辅助搅拌摩擦焊接技术未来的发展趋势。

外加能场辅助搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊作为先进固相连接技术,广泛应用于航空航天等领域,轻质高强材料及异种材料连接对常规搅拌摩擦焊的发展提出了新的挑战.近年来,外加能场辅助搅拌摩擦焊技术的兴起有效地解决了异种材料连接中塑化程度不匹配和界面金属间化合物导致接头脆化的问题.同时,这一技术也为解决高熔点材料流变应力大、塑性变形能力差以及焊具磨损严重、焊接效率低等问题提供了新的思路.文中综述了外加能场辅助搅拌摩擦焊的研究现状,包括感应加热、激光加热、电流加热、电弧加热和超声辅助等,从过程产热、材料流动、组织性能调控和耦合作用机制等方面分析了热能和机械能对接头微观组织和性能的影响规律,同时对未来的研究方向进行展望.

金属钨小孔电火花–电解复合能场加工工艺研究

钨具有一系列优良的物理化学性能,可以满足航天材料的性能要求,已广泛应用于卫星、飞机及航空发动机等设备的一些关键部件。在使用传统加工技术制造零件时,加工过程通常受到零件和刀具界面处发热、弹性和塑性变形、高刀具磨损率及工件材料特性改变等问题的限制。电火花加工(EDM)技术是导电材料最有效的加工工艺之一,但对于金属钨小孔的制造,现有的电火花加工工艺可靠性和加工效率仍无法满足加工需求。提出在具有一定电导率的盐溶液下电火花–电解复合能场加工金属钨小孔的方法,分析加工时材料去除的机理,该方法利用电解作用在工具电极端产生氢气并形成气膜,促进两极之间等离子体放电通道的快速形成。开展了加工工艺优化试验,分析不同参数对加工特性的影响规律。在脉冲宽度3μs、脉冲间隙20μs、峰值电流14.17A、工作液浓度18 g/L的NaNO_(3)电解液下获得了高效率高质量的金属钨小孔。

复合能场铸轧对AZ61镁板组织及性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸及弯曲性能测试等分析手段,研究复合能场(超声波和电磁场)铸轧工艺对AZ61镁合金板微观组织、力学性能和加工性能的影响。结果表明:与常规铸轧镁合金板带相比,复合能场可有效减小晶粒尺寸,并使析出相均匀弥散分布;施加复合能场之后,铸轧板抗拉强度、屈服强度及伸长率较常规铸轧板分别提高10.58%、12.84%和52.17%,而终轧成品板分别提高10.45%、20.56%和65.25%,且板材轧制后具有裂纹倾向小、抗弯强度及最大挠度大、弯曲抗力小等性质,可有效减少加工过程中材料及工具磨损,获得较好的综合性能。

黏性土力学强度与微结构动态环境能场内在关联分析

通过两组不同含水率的黏性土分别在快浸、慢浸、冻融、不同应力条件下的试验,讨论了黏性土力学强度特性与其微结构动态环境能场的本质关联,分析研究了黏性土微结构动态环境能场、外部环境条件变化与其内在介质环境变化之间的密切关联。结果表明,水的浸入对土的微结构特性影响至关重要,对土的抗剪强度的影响明显高于土的变形特性,偏湿土和受振动的土击数越多,对土的初始结构损伤越厉害,但土的后期结构强度有所提高。分析表明冻融对土的微结构破坏最为严重,其次是慢浸。

电磁/超声能场对1060铝合金铸轧板组织性能的影响

在电磁和超声能场下铸轧出1060铝合金热带坯,并对其进行冷轧和退火实验,研究退火温度对复合能场铸轧板微观组织和力学性能的影响,并与相同条件下未施加电磁/超声外场的铸轧样品进行对比。研究结果表明:随着退火温度的增加,2种铸轧板的加工组织逐渐消失,再结晶组织不断增多,晶粒尺寸由小变大,其中复合能场铸轧板具有更低的再结晶开始温度,比未施加电磁/超声外场的铸轧板低50℃左右;复合能场铸轧板在各退火温度下的抗拉强度σb和伸长率δ均高于相同条件下的未施加电磁/超声外场样品,各向异性指数(IPA)明显小于未施加外场的铸轧板;随着退火温度的增加,2种铸轧铝板的制耳率出现先下降后增大的变化趋势,其中复合能场铸轧板经325℃退火后,出现沿0°,45°和90°方向的制耳,制耳率仅为1.7%,而未施加电磁/超声外场铸轧板出现45°方向的制耳,制耳率为3.7%。

降雨条件下黏性土坡微结构动态环境能场分析

【目的】研究降雨条件下黏性土坡位移场、应变场、微结构动态环境能场的变化及对土坡稳定性的影响。【方法】通过室内土坡模型试验,用读数显微镜观测降雨前后土坡内45个测点的位移,特意选择并全程观测斜坡面(1个)、坡脚(2个)、坡底(1个)的4个测点的位移,研究侧向位移和竖向位移随时间的变化,利用反分析方法分析土坡的位移场与应变场的变化,从宏观、中观、微观角度上分析黏性土坡微结构动态环境能场及外部环境条件变化与其内在介质环境变化之间的关系。【结果】降雨条件下坡顶和坡脚处土体的损伤程度较大,最大竖向位移发生在坡脚处;用常规方法分析土坡变形时会低估瞬时变形而夸大固结变形;由斜坡面、坡脚和坡底的蠕变曲线可见,降雨初期的瞬时竖向位移和侧向位移增长较快,但随着降雨时间的延长,土坡微结构受到损伤,竖向位移和侧向位移的增长变慢,最后趋于稳定。【结论】降雨引发的土坡滑移大多数是瞬时的,土坡的蠕变既是土体损伤的过程,也是土坡微结构能量耗散的过程。因降雨劈裂力的作用,在坡顶及斜坡面上会出现裂缝,而斜坡面和坡脚是最容易诱发险情的部位。

超声波/电磁复合能场对1060铝合金铸轧板带组织和力学性能的影响

采用普通对称式方法(不施加复合能场)和非对称下沉式方法(施加超声波/电磁复合能场)对1060铝合金板带坯进行铸轧试验;研究了复合能场对铝合金板带组织和性能的影响。结果表明:施加复合能场后,铸轧速度(1.2～1.4m.min-1)提高了30%,铝合金板带的组织由粗大的柱状晶转变为均匀细小的等轴晶,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别提高了25.03%,24.37%,40.09%和10.95%。

复合能场对铸轧AZ61镁合金板组织和力学性能的影响

在AZ61镁合金板的铸轧过程中引入电磁场和超声场的复合能场,研究了复合能场对其组织和力学性能的影响。结果表明:施加复合能场能够有效细化AZ61镁合金板的晶粒和均匀组织,改善第二相在基础相上的分布,减小铸轧板力学性能的各向异性;与普通铸轧镁合金板相比,复合能场铸轧镁合金板的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度均有大幅提高,分别为266.13MPa,167.67MPa,3.53%,79.84HV。

复合能场铸轧和普通铸轧AZ31B镁合金板轧制后的组织与力学性能

研究了复合能场(电磁场和超声波)铸轧和普通铸轧AZ31B镁合金板再经不同温度、道次、压下率轧制后的显微组织和力学性能。结果表明:在相同的轧制条件下,复合能场铸轧镁合金板比普通铸轧镁合金板更易发生再结晶,且轧制3道次后前者的晶粒尺寸更细小、均匀;前者的析出相以小质点弥散分布在晶界上,后者则集中分布在晶界及晶界附近区域;轧制温度为250,300℃时,前者3道次轧制后的抗拉强度、屈服强度以及伸长率比后者的分别提高了12.2%,25.4%,145%和12.8%,19.7%,127.8%。

压能场在暴雨分析中的应用

利用简化散度方程将压能场分布的非均匀性与散度场演化联系起来,初步揭示了暴雨和雨带活动与压能密集带相联系的物理机制.并可通过计算压能场的分布来诊断暴雨落区.

超声和电磁复合能场对铸轧铅合金板带显微组织与力学性能的影响

在铸轧过程中同时施加超声场和电磁场制备了铅合金板带,研究了复合能场对铸轧铅合金板带显微组织和力学性能的影响。结果表明:在铅合金铸轧过程中加入超声和电磁复合能场后,铅合金板带的显微组织更加均匀,枝晶被打碎,晶粒更加细化;与普通铸轧铅合金板带相比,复合能场铸轧铅合金板带的力学性能得到显著提高,其抗拉强度提高了12.42%,屈服强度提高了29.17%,伸长率提高了24.16%,硬度提高了1.7%,铅合金板带的各向异性得到了改善。

压能场与台风移行

本文探讨了压能场与台风移行的关系,提出了一个台风移行公式,分析了它的物理意义,并对四个台风个例进行了计算.计算结果表明与实况相当一致.此公式可供气象台站台风路径预报业务使用.

潜热能场在阿勒泰市大降水过程中的作用

根据能量天气学原理及不稳定理论，选择表示大气潜在不稳定能量大小的物理量──潜热能，计算了大降水前期和产生时的潜热能场，着重分析了潜热能场的空间分布特征和不同类型影响系统下大降水对应的潜热能场的量值指标及降水落区。

基于非均匀储存能场的低碳钢静态再结晶CA模拟

采用元胞自动机方法,基于亚晶异常长大形核机制,在非均匀储存能场条件下,建立了低碳钢静态再结晶模型,并模拟了不同变形条件下的静态再结晶过程。结果表明:储存能越大,再结晶临界形核半径越小;变形程度较小时,再结晶晶核优先在晶界和小晶粒处形成;随着变形程度的增大,再结晶晶核的分布趋于均匀,孕育期及再结晶时间缩短,再结晶完成时晶粒较为细小;模拟结果与试验结果一致。

电磁-超声能场对3003铝合金铸轧组织和性能的影响

通过在铸轧区的关键部位引入电磁-超声能场,实现对3003铝合金的普通对称铸轧、非对称铸轧和非对称电磁-超声铸轧。用该方法分别制备了上述3种铸轧带坯,并将普通对称铸轧带坯与非对称电磁-超声铸轧带坯加工成厚度为0.25 mm的成品薄带。通过金相显微观察、扫描电镜观察和动静万能试验机测试分析了3种3003铝合金铸轧板的组织和性能。结果表明:与对称铸轧相比,非对称铸轧有效地抑制了宏观偏析,并使铸轧速度提高了33.3%;施加电磁-超声复合能场后,铸轧带坯晶粒显著细化,力学性能明显提高;电磁-超声成品薄带的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别比普通成品薄带的提高了32.93%、38.91%和6.25%。

特种能场微成形技术研究进展

随着微成形加工尺度范围的不断延伸,单纯依靠模具施加载荷(力场)的微成形技术难以突破成形尺度极限,因此迫切需要发展塑性微成形新原理、新方法和新工艺。针对微成形尺度效应这一基本科学问题,将电场、电磁场和超声波等特种能场应用到微成形技术中,利用特种能场与材料相互作用产生的物理效应,突破微成形尺度极限并扩大可加工材料的范围,从而实现跨尺度、多材料和可控微成形。特种能场微成形技术将极大地促进微成形技术的发展和应用,成为微/纳制造技术领域一个重要研究方向。