热等静压制备粉末高温合金原始颗粒边界研究现状

粉末高温合金作为先进高温材料被广泛应用于航空航天领域。热等静压(hot isostatic pressing,HIP)是粉末高温合金构件的制备方法之一,但是原始颗粒边界(prior particle boundaries,PPBs)的存在会极大的影响构件的性能。本文综述了热等静压制备粉末高温合金原始颗粒边界的研究现状,概述了原始颗粒边界的形成机理及其影响,总结了粉末高温合金中原始颗粒边界的消除方法,并对这些方法应用的可行性及有效性进行了分析和展望。原始颗粒边界的消除方法主要包括向粉末添加Hf、Nb等强碳化物形成元素,对粉末进行预热处理,真空动态脱气处理或等离子体滴凝处理;优化粉末制备工艺,选用纯度更高、尺寸分布更均匀的粉末:选用合适的热等静压工艺参数和工艺方式;对制件采取热挤压、退火、固溶处理和热等静压后处理等。

钛合金板翅式结构真空钎焊过程温度场均匀性研究

板翅结构具有更高的换热效率与性价比,广泛应用于航空航天、超导、石油化工等领域。同时,高温高压高载荷的恶劣环境要求板翅结构具有更优异的力学性能、更高的安全性与可靠性。因此,针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展温度场均匀性研究,探究加热带分布、升温速率对板翅结构温度场均匀性的影响规律与机理,明晰炉膛内温度场分布规律。结果表明,工件温度场均匀性受工件结构的影响显著,炉膛中心区域温度最高,但板翅结构的峰值温度位于板翅结构两侧。当工件受到热辐射的方向性较差时,其温度均匀性更好,因此间隔分布的加热带温度均匀性更优。而升温速率增大时,工件的温度场均匀性变差。其仿真结果为优化钛合金板翅结构钎焊工艺提供了理论基础。

基于胀形件的静态抗凹性影响因素研究

汽车保有量不断攀升,节能减排刻不容缓。随着高强钢的不断发展以及降成本的需求,各大主机厂均提出了轻量化项目。覆盖件作为汽车的重要组成部件,在薄壁轻量化后容易出现抗凹性不足问题。在原有的基础之上,进行了胀形件静态抗凹性实验,研究了应变量、板料厚度及烘烤强化对CR180BH+Z板料静态抗凹性的影响规律,并与原有模拟进行了对比。研究结果表明:强度不变的情况下,减薄后的板料胀形件抗凹性评估指标均下降;烘烤硬化对抗凹刚度几乎没有影响,但抗凹痕能力得到提高。

保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响

钛合金板翅式换热器成品率较低、残余应力较大,该文针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展热-固耦合建模与仿真研究,阐述了钎焊过程温度均匀性及残余应力分布特征,探明保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响机理.结果表明,板翅结构两侧温度较高,中部温度较低,延长保温时间可有效改善板翅结构的温度均匀性.残余应力均主要集中于翅片上表面与隔板背侧中部,在钎缝及夹持点处存在明显的应力集中现象,保温时间越长翅片钎缝的残余应力越小.模拟得到钛合金板翅式换热器真空钎焊中残余应力与试验结果相吻合,相对误差为5.3%,验证了该模型的准确性.

新型Cr-Mo-V型热作模具钢高温流变应力模型

通过热压缩实验,获得实验钢在变形温度为950~1200℃、应变速率为0.001~5 s^(-1)和最大真应变为0.916条件下的真应力-真应变曲线。结果表明:在本实验选取的变形条件下,新型Cr-Mo-V钢呈现出典型的动态再结晶特征,变形温度高于1050℃且应变速率低于0.1 s^(-1)时,动态再结晶特征更明显;同一变形温度下,峰值应力和峰值应变随应变速率的提高呈增大趋势;同一应变速率下,峰值应力和稳态应力随变形温度的升高逐渐降低。采用多元线性回归法获得与峰值应力对应的Arrhenius方程模型参数,基于此建立了实验钢的高温流变应力本构模型。利用创建的不同应变下本构方程材料常数的八次多项式对实验钢的流变应力进行计算,应变补偿相关系数R和平均绝对相对误差e AARE分别为0.98902和3.21%,计算数据与实验数据吻合良好。

基于FDM的PEEK/CGF复合材料综合力学性能优化

为提升连续玻璃纤维增强聚醚醚酮(PEEK/CGF)复合材料熔融沉积成型(FDM)制品的力学性能,通过单因素试验,Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了保温舱温度、常用打印路径(5种)、层厚、道间距等工艺参数对PEEK/CGF复合材料样件综合力学性能的影响规律,寻求最优工艺参数组合并进行试验验证。结果表明,各工艺参数对力学性能影响程度大小排序为打印路径>道间距>保温舱温度>层厚;各工艺参数之间存在相互作用,适当的工艺参数组合可以使力学性能得到大幅提升,其中相较于拉伸强度,弯曲强度受工艺参数间的相互作用更为明显;当保温舱温度为82℃、层厚为1.0 mm、打印路径为0°/0°/0°/0°、道间距为0.7 mm时,拉伸强度可得最大值为383.75 MPa,当保温舱温度为73℃、层厚为0.75 mm、打印路径为0°/0°/0°/0°、道间距为1.0 mm时,弯曲强度可得最大值510.13 MPa。

FDM成型工艺对PEEK/CGF复合材料翘曲变形的影响

为降低连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料增材制造样件的翘曲变形,优化增材制造基础工艺参数,通过单因素试验、Plackett-Burman Design试验与Box-Behnken Design试验,研究了打印过程中的热效应,即保温舱温度、层厚、成型平台温度、打印速度等工艺参数对连续玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料样件翘曲变形的影响规律,得出如下结论:研究发现打印工艺对翘曲度的影响程度是不同的,影响程度依次为B(层厚)>C(成型平台温度)>A(保温舱温度)。研究发现打印工艺参数之间是会对翘曲变形产生交互作用的,并且影响程度也较为显著(PB析因试验中大于t值),即B>C>A>AB>BC>D(打印速度)>BD。研究发现喷头温度440℃,成型平台温度100℃,保温舱温度90℃,层厚0.3 mm,道间距为0.5 mm,打印速度2 mm/s时,翘曲度可达到0.23%。

粉末高温合金FGH4097高温变形流变应力模型

通过热模拟试验研究了粉末高温合金FGH4097在变形温度1,050~1,170℃、应变速率0.001-1.0s-1工艺窗口的热变形行为。实验结果表明,FGH4097合金应力-应变曲线在上述工艺窗口内呈现典型动态再结晶特征。在一定温度下,随着应变速率增加,流变应力增加。在一定应变速率下,随着温度增加,流变应力降低。采用Arrhenius双曲正弦模型拟合FGH4097合金应力应变曲线,确定热变形激活能,建立FGH4097合金本构模型,为其热加工工艺数值模拟和工艺参数精确制定提供依据。

中国机械工程学会塑性工程分会关于邀请参加“2023上海锻压技术与装备展”的通知

各有关单位:目前,中国的先进制造业蓬勃发展,航空航天、汽车、核电、轨道交通运输等基础工业得到了国家的大力支持,对关键零部件的需求逐年攀升,要求不断提高,为我国锻压产业提供了广阔的市场,也带来了良好的机会。同时,中国经济已转向高质量发展阶段,中国锻压行业在开拓市场、扩大贸易往来等方面需求迫切。

中国机械工程学会塑性工程分会关于邀请参加“2023上海锻压技术与装备展”的通知

各有关单位:目前,中国的先进制造业蓬勃发展,航空航天、汽车、核电、轨道交通运输等基础工业得到了国家的大力支持,对关键零部件的需求逐年攀升,要求不断提高,为我国锻压产业提供了广阔的市场,也带来了良好的机会。同时,中国经济已转向高质量发展阶段,中国锻压行业在开拓市场、扩大贸易往来等方面需求迫切。“上海锻压技术与装备展”是中国机械工程学会塑性工程分会、中国机械总院集团北京机电研究所有限公司主办,《锻压技术》、《塑性工程学报》为支持媒体的集设备工艺产品展示、主题论坛、专业培训、“科创中国”成果展示等为主的专业性展览。该展会与“中国国际模具技术与装备展览会”、“上海热处理装备与技术展览会”同期举办,近五年该系列展会累计展出面积超37万平方米。

中国机械工程学会塑性工程分会关于邀请参加“2023上海锻压技术与装备展”的通知

各有关单位:目前,中国的先进制造业蓬勃发展,航空航天、汽车、核电、轨道交通运输等基础工业得到了国家的大力支持,对关键零部件的需求逐年攀升,要求不断提高,为我国锻压产业提供了广阔的市场,也带来了良好的机会。

一种高温合金中常见冶金缺陷及其形成机制分析

我国航空发动机关键部件中冶金缺陷的出现概率明显高于欧美发达国家,冶金缺陷已成为制约我国高温合金质量稳定性和可靠性的重要瓶颈。介绍了一种高温合金中常见的冶金缺陷,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等设备分析了其关键组织形貌和第二相特征,根据缺陷区域异常粗晶组织且富集大量Al_(2)O_(3)、AlN、NbN等第二相推断,该缺陷为高温合金中的脏白斑。根据该缺陷的关键特征,结合真空自耗重熔工艺特点,分析阐明了脏白斑形成机制,并全方位地提出了切实可行的预防措施。研究成果可对该类冶金缺陷在工程实践中的有效控制提供理论指导。

锻造自动化用高负重比气动机械手夹持臂及其轻量化

为解决自动化锻造生产中大质量坯料在各环节转移困难的问题,对机械手夹持臂的机械结构和驱动系统进行了设计,以实现机械手夹持臂的高负重比。通过SolidWorks对机械手设备进行三维建模,并完成动力源和直线导轨等机构的相关参数计算;对夹持臂进行静力学分析和结构优化,并通过机器人负载模拟平台对机械手的夹持性能进行验证。为满足产品经济性与生产制造的便利性,夹持臂采取模块化设计策略,其主体采用标准工字型钢材,夹钳和固定端通过焊接模块固定,并对整体结构进行了轻量化设计。结果表明:该机械手夹持臂轻量化后的质量为75 kg,在选用经济效益较高的KUKA KR210机器人情况下,最大负载为70 kg,机器手夹持臂的负重比达到1∶1.1。该夹持臂符合设计要求,其具有的高负重比将有利于大质量部件的高质量生产。

锻造模具喷雾气液两相特性研究

针对实际生产中锻造自动化生产线上的喷雾参数调试困难等问题,通过自主研发的喷雾参数数据采集实验平台,对不同气压和液压条件下的气液流量进行喷雾实验,深入分析其变化情况。在某自动化生产线的喷雾润滑装置中,根据经验及现场实验确定传感器安装位置并进行安装调试,以检测喷雾过程中气液压及流量变化,并采用Matlab数学软件实现数据的可视化和分析。研究结果表明:随着供水压力的增加,混合腔内气压更容易建压到达稳态状态,比液压建压效率高1倍;内混式空气雾化喷嘴的水流量呈现先增加后降低的趋势,最高可达5.59 L·min^(-1),而气流量则呈先降低后略微增加的趋势。

12%Cr超超临界转子钢锻造裂纹机理分析及损伤模型建立

针对12%Cr超超临界转子钢锻造表面裂纹严重的问题,从变形条件及应力-应变状态的角度出发,基于热拉伸实验获取了相应条件下的应力-应变曲线。通过分析断口形貌,判断了12%Cr超超临界转子钢高温拉伸断裂为典型的韧性断裂,并分析了锻造裂纹的产生与析出相的关系。通过观察试样断口切片,发现了大量相互缠结的位错,这些相互缠结的位错也是导致金属断裂的原因。通过对临界损伤值的比对发现,在应变速率为0.5 s^(-1)、温度为1100~1200℃时锻造最不易产生裂纹;在Normalized Cockcroft&Latham损伤模型的基础上引入温度补偿的应变速率因子Zener-Hollomon参数,建立了临界损伤值与Zener-Hollomon参数的关系式,得到考虑了温度和应变速率综合影响的高温损伤模型。

7022铝合金的高温力学性能和材料本构方程研究

塑性成形过程中,金属在模具型腔中处于三向应力状态且其变形温度随着流变应变处于动态变化中,因此,合金的流变应力受变形温度、变形量等多因素的综合作用。利用高温压缩模拟试验和有限元分析软件,研究了7022铝合金在变形温度为350、400和450℃,应变速率为0.01、0.1、1和10 s^(-1),总变形量为50%时的流变应力、变形温度与应变速率之间的关系;利用Arrhenius材料本构关系,构建了7022铝合金的材料本构方程。结果表明:在应变速率和变形温度的综合影响下,7022铝合金的峰值流变应力随着应变速率的增加以及变形温度的下降而升高,在变形温度为350℃、应变速率为10 s^(-1)的形变条件下流变应力达到最大,为156.0 MPa。并通过拟合曲线等方式得到7022铝合金的热激活能为144.332 kJ·mol^(-1)。

基于有限元铝合金复杂精密锻造模具失效分析及优化

针对6082铝合金内扣式消防接口成形过程中精锻模具失效的问题,考虑模具材料和热处理影响,采用试验法对比分析了模具材料和显微结构,并提出了模具结构和模具应力是导致模具失效开裂的主要原因。利用有限元分析法,建立了坯料和模具之间的本构关系,模拟了实际产品成形过程,对产品精锻模具进行了失效分析。通过对模具失效位置的应力进行分析,提出了模具结构的优化方案。试验结果表明,优化后模具失效开裂部位应力集中的现象得到了改善,模具最大应力值由1020 MPa降至800 MPa。采用优化后的模具进行实际生产,模具使用寿命由500件提升至3000余件,并且模具表面磨损较轻,磨损处简单修复后可继续使用,有效地降低了模具成本,为铝合金精密成形的开发和模具寿命的提高提供了理论基础。

激光熔化沉积镍基高温合金微观组织及力学性能的研究进展

激光熔化沉积工艺在镍基高温合金等难加工金属方面具有很强的制造优势。因此,阐述了激光熔化沉积成形镍基高温合金过程中,扫描路径、激光功率和扫描速度对镍基高温合金微观组织及力学性能的影响,以阐明该工艺在镍基高温合金制备和修复领域的潜力。通过对激光熔化沉积成形镍基高温合金微观组织及典型缺陷形成机制的探究,以期为后续激光熔化沉积制备镍基高温合金微观组织及力学性能的调控提供理论依据。

10.9级紧固件用贝氏体型非调质冷镦钢的研究现状

综述了紧固件用非调质冷镦钢的发展现状,从晶粒细化、位错强化等方面深入探讨其强韧性机理,阐明冷镦钢轧材和深加工紧固件的组织性能调控关键。最后总结了现阶段非调质冷镦钢发展趋势和研究重点,旨在为10.9级高强度非调质冷镦钢的研发和生产提供理论依据。

固溶温度及冷却方式对00Cr40Ni55Al3Ti合金组织性能的影响

以热轧态00Cr40Ni55Al3Ti合金为研究对象,采取1150~1250℃固溶+水冷/空冷的试验方案,探究了固溶温度及冷却方式对显微组织与力学性能的影响规律。研究结果表明,在1150~1250℃范围内,合金晶粒及α⁃Cr相的尺寸随固溶温度升高而增加,超过1150℃后晶粒急剧长大,超过1200℃固溶并空冷后,α⁃Cr相在晶界片层状析出。合金的显微硬度随固溶温度的升高而下降,冲击吸收能量在1200℃达到峰值;水冷条件下α⁃Cr相和纳米级γ′相析出受到抑制,与空冷条件相比,硬度、冲击吸收能量分别降低和升高;拉伸性能受冷却方式的影响显著,空冷条件抗拉强度相对较高,1250℃固溶后空冷引起混晶及晶界粗大片层组织出现,导致伸长率与水冷相比下降了26.5%。