预应力超声冲击成形数值模拟研究

目的以2024铝合金薄板件为研究对象,结合有限元仿真分析,探讨超声冲击成形过程中预应力对材料残余应力和变形量的影响规律,预测成形结果。方法基于Johnson-Cook本构关系,建立超声冲击处理模型和冲击成形模型,针对无预弯以及预弯半径1000、3000、5000 mm情况,分析不同方向上试件的残余应力和成形量之间的差异性,并进行实验验证。结果经超声冲击处理后,试件表面呈现压应力层,试件中间区域呈现拉应力层,且随着预弯半径的减小,预弯方向上的表层残余压应力层逐渐减小,最大残余应力逐渐增大,中间拉应力逐渐增大,而预弯垂直方向上残余应力的变化规律呈现相反的状态。试件表层的压应力层有利于弯曲变形,中间区域的拉应力层能抑制弯曲变形。在设备偏移方向上试件可以获得更大的变形量,随着预弯半径的减小,预弯方向上的变形量逐渐增大,垂直预弯方向上的变形量逐渐减小。结论通过实验和模拟获得的弧高值的差异性较小,验证了所建立的有限元模型的准确性,通过该方法可以预测试件超声冲击成形结果,为制定合理的工艺参数提供理论基础。

纳米晶NiCrC涂层长时加热的显微组织和硬度变化

目的探讨纳米晶NiCrC涂层长时高温条件下的显微组织和硬度演变规律。方法采用超音速火焰(HVAF)喷涂低温球磨纳米晶合金粉末(液氮介质)制备了纳米晶NiCrC涂层,在650℃空气环境中对涂层进行总时长200 h的等温热处理。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、维氏显微硬度计等方法,对涂层样品的显微组织、物相构成、晶粒尺寸和显微硬度进行了测试分析,同时对原料粉末也进行了相同条件下的对比分析。结果NiCrC涂层显微组织的主要特征为:纳米晶金属相基体中弥散分布着细小的碳化物颗粒。在保温过程中,纳米晶涂层发生了再结晶和晶粒长大,并伴随有合金基体的脱溶及碳化物的析出、相变和后续生长等现象。该涂层显示出优良的高温热稳定性,在650℃保温50 h后,晶粒平均尺寸由初始态的41 nm增长至相对稳定值约100 nm。保温后涂层的硬度总体有所提升,由初始的697HV300(15 s)先升高至最大值801HV300(15 s),而后降至相对稳定值729HV300(15 s)左右。纳米晶粉末的组织和硬度变化特点与涂层相似。结论在650℃保温过程中,纳米晶NiCrC涂层中的合金相脱溶和晶粒长大导致涂层金属相基体的软化,但细小碳化物颗粒的析出强化以及由相变(Cr7C3→Cr23C6)引起的体积分数增加,不但补偿了基体的软化,而且使涂层的整体硬度有所提高。