基于位错密度的Ti-6Al-4V合金表面机械碾磨晶粒细化模型及工艺优化

基于Johnson-Cook本构模型,采用Abaqus有限元分析软件,建立了Ti-6Al-4V钛合金表面机械碾磨工艺的二维有限元仿真模型,并将其与位错密度演化模型进行耦合,实现了对表面机械碾磨过程中受力情况与微观晶粒细化动态演变的仿真模拟。基于仿真结果,对钛合金表面机械碾磨过程中的残余应力场、应变场、位错密度和晶粒尺寸的变化规律进行了研究,得到了碾磨速度和单道次碾磨深度两种工艺参数对钛合金表面机械碾磨过程中晶粒细化程度的影响规律,为钛合金表面机械碾磨处理工艺参数的优化提供了有利参考。

表面机械自身纳米化研究进展

棒状和板状金属材料是工程领域中应用广泛的金属型材。采用表面机械自身纳米化技术可以提高材料的力学性能和抗磨损性能。本文从表面机械自身纳米化的基本原理与制备技术、表面机械自身纳米化对材料性能的影响以及表面机械自身纳米化需要解决的主要问题等3个方面,介绍了表面机械自身纳米化研究工作取得的进展和发展方向。

矿用钛合金钻杆表面复合强化与摩擦性能研究

为提高矿用钛合金钻杆的耐磨性能,以低成本粉末冶金Ti-Al-Fe-Mo合金为研究对象,采用表面机械碾磨与固相渗碳相结合的创新方式对其表面进行复合强化处理,研究不同表面碾磨道次加渗碳处理的钛合金表面的微观组织及其显微硬度。以氮化硅球为摩擦对偶,对表面复合强化钛合金样品进行往复式滑动摩擦试验,研究钛合金表面强化层对其磨损量、摩擦因数、表面磨痕微观组织的影响规律。结果表明:表面机械碾磨方法可以在粉末钛合金表面形成梯度纳米晶结构;钛合金经过表面机械碾磨处理后可显著提高表面渗碳的深度和均匀度;经表面机械碾磨与固相渗碳复合强化处理的钛合金,其磨损量相比于单一表面渗碳的钛合金降低了近58%。表面复合强化的钛合金摩擦磨损机制以疲劳磨损、黏着磨损、氧化磨损和少量的磨粒磨损为主。

表面机械多重碾磨对2024铝合金力学性能的影响

利用表面机械多重碾磨(MMGS)装置对2024铝合金薄板表面进行了两道次的表面微纳米化加工,将加工后的材料进行XRD、力学性能测试、TEM和HRTEM表征。结果表明,MMGS是一种对金属材料表面强化行之有效的表面塑性变形方法。MMGS处理两道次后板料的屈服强度可达475MPa,伸长率可达15%;导致MMGS试样具有较高屈服强度和抗拉强度的原因是试样内部高密度的位错和晶粒的细化;从硬化率指标分析可知,MMGS试样在真应变超过0.018之后的硬化率在大范围内均低于T351试样,且粗大S相在强塑性变形过程中易产生裂纹,因而最终导致MMGS处理后试样的伸长率略低于T351试样。

2024铝合金表面机械多重碾磨微纳米化研究

为提高2024(Al-Cu-Mg系)合金的力学性能,采用表面机械多重碾磨(MMGS)技术对其表面进行2道次的塑性变形。利用显微硬度测试、力学性能测试、透射电镜以及扫描电镜等测试手段,研究了经表面碾磨加工后的商用2024铝合金的显微硬度、力学性能和微观结构变化。结果表明,与T351状态相比,商用2024铝合金表面经过碾磨处理2道次后表层显微硬度(HV)最高可达185,提高了18%;屈服强度可达475 MPa,提高了22%;抗拉强度可达498 MPa,提高了16%;同时保持较高的伸长率。表层的晶粒被细化,平均尺寸约为800nm,表明MMGS方法是2024铝合金表面微纳米处理有效的方法之一。

Deformation and fracture behavior of commercially pure titanium with gradient nano-to-micron-grained surface layer

Titanium with gradient nano-to-micron scale grains from surface to matrix was fabricated by surface mechanical grinding treatment(SMGT) at room temperature.The SMGT-treated titanium shows higher strength than that of as-received one,but moderate ductility between those of ultra-fine grained(UFG) and coarse-grained titanium.Tensile stress-strain curves of SMGT-treated titanium show double strain hardening regimes.The strain hardening rate(dσ/dε) decreases with increasing strain in tensile deformation.The high strain hardening rate at initial yielding is attributed to nano-to-micron-grained surface layer.The low strain hardening rate at large plastic strain regime primarily results from coarse-grained matrix.The SMGT-treated titanium shows a ductile fracture mode with a large number of dimples.The small size of dimples in the treated surface layer is due to the combination of the high strength and strain hardening exponent.The difference between dimple size in nano-to-micron-grained surface layer and coarse-grained matrix is discussed in terms of plastic zone size at the tip of crack in the SMGT-treated titanium.

MMGS加工过程有限元分析

有限元模拟是研究金属材料塑性变形制定加工工艺参数、预测加工后表面残余应力分布以及塑性变形层厚度的有利工具。利用有限元数值模拟软件对表面机械多重碾磨(Machinery Multi-Grinding of Surface,MMGS)过程进行了研究,目的是为了确定合理的MMGS加工工艺参数。结果表明:碾磨头下压量大小、碾磨道次和碾磨头转速是影响碾磨后材料表面有效应变大小和塑形应变层深度的主要加工参数,碾磨加工过程中碾磨头转速不超过1 800 rpm、平移进给速度为60～120 mm/min、多道次的反复碾磨方式更加有利于获得较高的有效应变大小和较大的塑形变形层深度,研究结果可以为MMGS的实验研究提供理论指导。