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ECHE挤压对AZ31镁合金组织和性能的影响

提出了等通道螺旋转角挤压(equal channel helix angular extrusion,ECHE)变形方法,采用Deform-3D平台的有限元模拟、OM、SEM、TEM、拉伸试验等方法,研究了ECHE制造AZ31镁合金轻质螺栓坯料的挤压工艺、温度场、合金流动情况、组织和性能.结果表明:在变形温度为380℃,挤压速度为3 mm·s-1时,合金变形均匀,不易出现挤压缺陷 ;等通道螺旋转角挤压变形可以显著细化AZ31镁合金晶粒 ;其挤压过程中晶粒细化机制为晶粒破碎和动态再结晶 ;挤压后的平均晶粒尺寸为3～5μm,且合金晶粒大小均匀 ;力学性能较铸态大幅度提高,室温抗拉强度和屈服强度分别由209和104 MPa提高到286和165 MPa,延伸率由11％提高到26.4％,拉伸断口呈现为韧窝断裂和准解理断裂的混合特征.

关键词: 等通道螺旋转角挤压 , 镁合金 , 动态再结晶

大型钛环热辗扩成形轧辊尺寸效应及优化

王敏 , 杨合 , 郭良刚 , 孙志超

稀有金属材料与工程

在大型钛环热辗扩成形过程中,驱动辊半径R1与芯辊半径R2的比值R1/R2对变形区几何形状有重要影响,而后者对于获得高质量环件起着决定性的作用.本实验首先对变形区几何形状进行了解析描述,定量确定了其与R1/R2之间的关系;其次,基于动力显式FE程序ABAQUS/Explicit,建立了可靠的大型钛环热辗扩成形过程的热力耦合3D-FE模型;最后,采甩FE模拟方法,从变形区几何形状角度研究了该成形过程中R1/R2对环件成形质量的影响及机制.研究结果表明,存在R1/R2的一个优化取值范围.R1/R2在此范围内取值,能够获得端面质量良好、应变和温度分布较均匀的大型钛环.

关键词: 大型钛环 , 热辗扩 , 轧辊尺寸 , 动力显式FEM , 热力耦合

AZ31镁合金薄壁管分流挤压速度影响规律仿真研究

张保军 , 杨合 , 郭良刚 , 石磊 , 谷瑞杰 , 寇永乐

稀有金属材料与工程

基于DEFORM-3D平台,以军用战地发射塔天线用AZ31镁合金薄壁管分流挤压工艺过程为研究对象,研究建立了精确、高效的AZ31镁合金薄壁管分流挤压有限元模型.模拟研究揭示了挤压速度对挤压力、焊合压力及模口坯料金属峰值温度的影响规律.基于所得规律,综合考虑挤压力、焊合质量及挤出管材表面质量要求,获得了该规格AZ31镁合金薄壁管在2000t挤压机上的合理挤压速度范围为3.5～7 mm/s.

关键词: AZ31镁合金 , 薄壁管材 , 分流挤压 , DEFORM-3D , 数值模拟

微观组织对304不锈钢大型厚壁管关键挤压参数的响应规律

党利 , 杨合 , 郭良刚 , 石磊 , 张君 , 郑文达

稀有金属材料与工程

首先建立能够准确预测304不锈钢大型厚壁管挤压成形过程中动态结晶组织演化行为的精确有限元模型.其次,利用所建有限元模型,通过正交回归法确定对管材晶粒尺寸及其均匀性影响显著的因素.最后,通过单因素法分析了影响显著参数对管材晶粒尺寸及其均匀性的影响规律.结果表明:挤压速度(V),挤压比(λ)和坯料预热温度(Tb)是影响晶粒及其均匀性的主要因素,影响显著次序分别为Tb＞λ和Tb＞λ.并且随着挤压速度的增加管材平均晶粒尺寸增大,管材晶粒均匀性降低;随着坯料初始温度的升高和挤压比的增大管材晶粒尺寸减小,管材晶粒分布更加均匀.

关键词: 304不锈钢 , 大型厚壁管 , 挤压 , 平均晶粒尺寸 , 晶粒均匀性

基于FEM的INCONEL625难变形合金大型厚壁管挤压极限图研究

党利 , 杨合 , 郭良刚 , 石磊 , 郑文达 , 张君

稀有金属材料与工程

基于DEFORM-2D有限元平台,以INCONEL625难变形合金大型厚壁挤压管为研究对象,通过虚拟正交与回归分析,研究了工艺参数坯料预热温度(P)、模具预热温度(M)、挤压速度(V)、摩擦因子(F)、挤压比(λ)和模具几何结构参数凹模半角(β)、凹模圆角(R1,R2)、工作带长度(L)对该过程挤压力峰值和模口管材温度峰值的影响.结果表明,P,F,Vβ,λ5个参数对挤压力峰值和模口管材温度峰值的影响较为显著;通过逐步回归法建立了挤压力峰值和模口管材温度峰值与上述5个主要参数之间的回归数学模型,并通过该回归数学模型以额定挤压力200 MN和模具出口管材最高温度1250℃为条件确定了5个主要参数的合理取值范围:F=0.01～0.02; V=100～200 mm/s; P=1000～1250℃;β=35°～50°;λ=4.5～7;在此基础上,建立了多个影响显著参数下的INCONEL625难变形合金大型厚壁管挤压极限图,并阐明了该挤压极限图的制作原理和应用.经验证,该挤压极限图是可行的.

关键词: INCONEL625难变形合金 , 大型厚壁管材 , 挤压力峰值 , 模口管材温度峰值 , 回归模型 , 挤压极限图

基于虚拟正交试验的Inconel690合金大口径厚壁管挤压工艺仿真

张保军 , 杨合 , 郭良刚 , 谷瑞杰 , 寇永乐

稀有金属材料与工程

研究挤压成形参数影响规律并确定合理的参数取值范围,是开发难变形合金大型型材挤压工艺技术和挤压过程精细化控制,以及大吨位(如2万吨)挤压机的研发、调试及应用迫切需要开展的重要内容.基于DEFORM-2D平台,以规格为Φ420 mm×60mm的难变形Inconel690合金管材穿孔针挤压为研究对象,建立了适用、可靠的无缝管材穿孔L针挤压过程的有限元仿真模型;选取挤压比λ、模角α、定径带长度h、坯料初始温度T、挤压速度v等重要成形参数为影响因素,以坯料温度峰值Tmax、坯料金属损伤峰值Dmax、模口坯料金属流速均方差Fsdv和挤压力峰值Lmax为衡量指标,开展了基于模拟仿真的虚拟正交试验研究.结果表明,影响Tmax、Dmax、Fsdv、Lmax的因素主次顺序分别为:T＞v＞λ＞h＞α、α＞v≈λ＞T＞h、h＞v＞T＞α＞λ、λ＞T＞α＞v＞h；综合考虑成形管材质量、挤压力等因素,获得了2万吨难变形合金卧式挤压机上挤压该规格Inconel690合金管材的合理成形参数取值范围为:λ=5.74～6.37、α=35～45°、h=60～120mm、T=1080～1180℃、v=150～250mm/s.

关键词: Inconel690 , 大口径厚壁管材 , 穿孔针挤压 , 数值模拟

基于响应面法的Inconel 625合金大型厚壁管挤压加工窗口确定

郭良刚 , 党利 , 杨合 , 张君 , 郑文达

中国有色金属学报(英文版) doi:10.1016/S1003-6326(16)64304-2

研究确定难变形Inconel 625合金大型厚壁管挤压加工窗口，是获得具有良好组织性能挤压管材的关键。采用响应面法建立了一种确定基于温控挤压加工窗口的方法。首先，采用基于有限元计算数据的正交回归方法，建立了分别描述温升和峰值温度与关键挤压参数之间的响应面模型；其次，基于建立的响应面模型，分析揭示了关键挤压参数对温升和温度峰值的交互作用规律；最后，通过绘制挤压速度和初始温度空间峰值温度的等高线图，建立了不同挤压比下挤压加工窗口。基于该挤压加工窗口，可方便快速地确定合适的关键挤压参数组合。

关键词: 型材挤压 , 加工窗口 , 响应面法 , 难变形材料 , 有限元模拟

钛合金大环热辗扩过程轧辊运动的数值仿真研究

王敏 , 杨合 , 郭良刚

稀有金属材料与工程

由于钛合金对应变速率十分敏感,因此轧辊运动对钛合金大环热辗扩成形过程有重要作用.提出了相对速率vr的概念来表征轧辊运动参数的综合作用,涉及的运动参数包括驱动辊旋转速率n1和芯辊进给速率v,并且基于稳定成形条件采用解析方法确定了vr的合理取值范围.其次,运用动力显式有限元程序ABAQUS/Explicit建立了可靠的钛合金大环热辗扩成形过程的热力耦合三维有限元模型.最后,采用有限云模拟方法,探究了vr对该成形过程的影响效应及其机制.结果表明:尽管通过减小n1来增大vr与通过增大v来增大vr均使每转进给量△hi增大,但它们对成形过程的影响效应并非完全一致,比如对非均匀应变分布的影响；较大的vr有助于提高成形环件的端面质量和应变与温度分布的均匀性,但对成形力有不利影响.

关键词: 热辗扩 , 钛合金 , 大型环件 , 轧辊运动 , 数值仿真