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2012年, 第22卷, 第Special 2期 刊出日期:2012-12-27
  

  • 全选
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    New Forming Technology
  • Ali HALOUANI, Yu-ming LI, Boussad ABBES, Ying-qiao GUO
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 207-213.
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    基于对最终产品形状的认识,提出一种新的快速的针对多工步轴对称冷锻建模方法-“伪逆法(PIA)”。为了考虑变形路径,引入了一些中间构型并且采用自由表面对这些中间构形进行修正而不采用接触算法。利用等效应力的概念和拉伸曲线,提出了一种新的快速而健壮的塑性积分直接算法。数值试验表明:与增量法相比,伪逆法速度非常快。PIA被用于多工步冷锻工艺预制体模具优化设计过程中,该优化过程以最大限度减少在锻造过程中产生的等效塑性应变和需要的冲压力为目标,预制体模具的形状采用B样条曲线描述,以B样条曲线控制点的纵坐标为设计变量。目标函数的演变表明了模具形状优化对锻造件的质量和节能的重要性。通过与传统增量法的结果相比较,体现出了PIA的高效性和准确性。
  • Jie ZHAO, Arthur Lan Kuan YIP, Yi QIN, Akhtar RAZALI, Zhi-cong FEI
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 214-221.
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    介绍了有关台式热压印机系统及模具的开发,使其能实现聚合材料管状微型元件的批量生产,以满足不同的应用要求。开发的过程中考虑了多种因素的影响,如机器的动态性能、模具精度导轨、模具的加热和冷却、加工原料的送取自动化、控制策略等。开发的过程同样也参考了有限元分析及一系列实验的结果。提到的一体机系统现在已经加工组装完成,并进行了几个示范元件的成形测试,且取得了良好的结果。
  • 李宏伟,杨  合
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 222-231.
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    提出一种以线性方程组为控制方程的显式晶体塑性模型。该模型可用高斯全主元消去法直接求解,无需任何迭代。提出基于晶体学坐标系的求解流程以减少由于变形中晶粒旋转而额外增加的计算量。建立晶体塑性有限元模型,并将预测结果与试验结果进行对比,验证该模型在织构演化预测方面的可靠性。该模型被用于预测不同变形状态下的织构演化,而这些不同的变形状态是通过调整Z和Y方向上的加载速度比(k)实现的。实验结果表明:该模型在织构演化预测方面是可靠的(在压缩、拉伸、简单剪切和平面应变压缩过程中的预测结果与试验吻合良好)和高效的(比隐式模型快100多倍);随着k值的增大,强织构由与法向(ND)成±35°角向{111}面上的丝织构转变,且织构强度增大;当应变速率在0.1~100 s-1之间增大时,织构强度迅速降低,而当应变速率在100~7×104 s-1之间增大时,织构强度缓慢减小,这表明该模型在模拟超高应变速率变形时也是数值稳定的。
  • 林俊峰,李 峰,张晋锋
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 232-238.
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    不同于传统的常规成形,摩擦效应在微成形过程中非常重要。提出了一个采用微挤压实验中的摩擦因子来评估材料真实流动应力的方法。应用理论分析、数值模拟和实验研究对微挤压过程中的摩擦行为和流动应力进行研究。研究不同的试件尺寸对流动应力的影响,确定出真实的摩擦因子。结果表明,随着试件尺寸的变小,流动应力也随之减少,鼓度值随着摩擦因子的增加而增加,并获得到了纯铜的真实应力-应变曲线。
  • 秦泗吉,熊柏青,陆 宏,张婷婷
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 239-246.
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    提出一种预测临界压边力的数值计算方法。对轴对称拉深成形,使用能量法分别在平面应变条件和等效应变与位置成反比关系条件下,给出法兰变形区的周向应力和等效应变与径向坐标的关系。结果表明,对于定尺寸的板坯和模具,两种假设条件下的周向应力和等效应变的最大相对误差分别为22.3%和35.9%。此外,在皱纹形状以指数函数表示的条件下,得到了压边力与皱纹数量的关系。在平面应变假设条件下,对指数分别小于1、等于1和大于1的不同皱纹形状计算了临界压边力。结果表明,皱纹的假设形状对临界压边力的计算值有较大影响。
  • 钱东升,华 林,邓加东
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 247-253.
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    为了更好地理解径向宽展行为并提出有效的控制方法,利用ABAQUS\ Explicit开展深槽小孔环件三辊横轧径向宽展行为的有限元分析,研究三辊横轧过程中径向宽展演化和分布规律、以及4个关键成形参数对径向宽展行为的影响规律。结果表明:三辊横轧中环件内表面中心区域径向宽展先增加后减小,上、下区域一直增加;三辊横轧后径向宽展关于轴向中心呈对称分布,从上、下区域至中心区域逐渐减小;较大的进给速度或较小的转速会导致较大的平均宽展和内表面不平整度;较大的摩擦系数或较小的环件初始温度会导致较小的平均宽展和较大的内表面不平整度。该结果能够为深槽小孔环件三辊横轧径向宽展控制和合理的参数设计提供科学依据。
  • 孟  宝,万  敏,吴向东,周应科
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 254-260.
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  • 盛湘飞,夏琴香,程秀全,林列书
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 261-267.
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    采用随机弹丸模型,研究了不同弹丸数目及位置、分析步时间、覆盖率及靶材表面粗糙度对7075-T651高强度铝合金经喷丸强化后产生的残余应力场的影响。结果表明:不同弹丸数目及位置对残余应力场有显著影响;对于45个随机弹丸模型,当分析步时间为0.075 ms时,残余应力场达到稳定状态,对于15、25、65及85个随机弹丸模型,稳定分析步时间分别为0.065、0.0683、0.0817和0.0883 ms;当弹丸数目从15增加到65时,σsrs和σmcrs随弹丸数目的增多而增加,当弹丸数目继续增加到85时,σsrs和σmcrs出现减少现象,Zm随着弹丸数目的增加并未表现出明显的变化,Z0随着弹丸数目的增多而不断增加;σsrs随着靶材表面粗糙度的变化未表现出明显的变化规律,σmcrs、Zm Z0随着表面粗糙度的增大而不断减小。
  • GerritBEHRENS,JulienKOVAC,BerndKÖHLER,FrankVOLLERTSEN,Heinz-RolfSTOCK,
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 268-274.
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    拉深成形可以用来制备形状复杂的零部件,甚至可达微加工水平。采用磁控溅射方法,在基底温度分别为310 K和433 K下,制备了厚度约为15 μm的两种不同的Al-Zr薄膜。将这两种薄膜做为坯料,采用冲头直径为0.75 mm的微拉深设备研究其拉深性能。虽然这两种材料在拉伸试验中显示出较小的最大应变,但还是成功地实现了微拉深成形。在基底温度为310 K和433 K制备的两种材料的极限拉深比分别为1.8和1.7。这些结果比先前采用Al-sc合金的结果要好,与采用传统轧制方法所得纯铝薄膜的拉深结果相似。结果表明,采用磁控溅射方法制备的薄膜可以用来进行微拉深成形。
  • Lucian LZRESCU, Dan-sorin COM�A, Ioan NICODIM, Ioan CIOBANU, Dorel BANABIC
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 275-279.
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    采用圆形和椭圆形的模具进行液压胀形试验。利用最近提出的椭圆形模具胀形方法来确定等效应力-应变曲线。该方法将ARAMIS系统测得的实验数据与分析相结合。在使用椭圆形模具的液压胀形实验中,随着模具椭圆度的减小,等效应力-应变曲线逐渐远离圆形模具胀形的曲线。通过胀形测试来确定DC04钢板在正次应变范围内的成形极限图。
  • 初冠南,杨帅,王建勋
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 280-286.
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    为探讨薄壁高筋筒形件整体内高压成形的可行性,采用力学分析和数值模拟相结合的方法,研究了一端约束、一段自由约束特征的薄板(加强筋)失稳的力学条件。基于“板条梁”理论给出了筋板失稳欧拉力的数学表达式。结合数值模拟分析了筋板高度和内径对失稳的影响。结果表明:对于1Cr18Ni9Ti薄壁高筋筒形件胀形量为20%时其临界高厚比和径厚比分别为14和30。随着高厚比增大,成形性降低,随着径厚比增大,成形性提高。绘制了内高压成形窗口图,为薄壁高筋筒形件内高压成形规律的深入研究和内高压成形工艺设计奠定了理论基础。
  • 詹 梅,翟华东,杨 合
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 287-293.
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    采用数值模拟方法研究外径为85 mm、壁厚为2.5 mm(D85 mm×t2.5 mm)的大直径薄壁CT20钛合金管的回弹机理。结果表明,弯曲段内外脊线与中性层之间区域的中部卸载最严重,而中性层附近区域卸载最不明显,导致弯管内外侧部分区域回弹后出现反向加载,而弯管中性层附近区域出现明显的拉-压应力集中区。研究了回弹角和回弹半径随弯曲半径以及弯曲角的变化规律,进而提出了一种同时考虑弯曲角和弯曲半径的回弹补偿方法,并通过实例验证了该方法是有效的。
  • 滕步刚,苑世剑,陈增涛,金学润
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 294-301.
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    采用GTN损伤模型,分析了不锈钢T型三通管的破裂行为,采用数值模拟和管件液压胀形试验确定了GTN模型中临界孔洞体积分数和极限孔洞体积分数,分析了成形压力及轴向补料量对损伤演变的影响,分析了应力三轴度及塑性应变对孔洞体积分数的影响规律。结果表明:成形压力较高或轴向补料量较小时,管件成形过程中将产生破裂缺陷。支管顶部处于双向拉应力状态,主管侧壁处于环向拉伸、轴向压缩的应力状态。在成形初始阶段,内压较低时,塑性应变孔洞体积分数变化的影响较大;然而,在成形后期,内压较高时,应力三轴度对孔洞体积分数的增大有较大影响。数值模拟及试验结果给出了相同的壁厚分布规律,所成形三通管的最大壁厚减薄率为36%左右。
  • 郎利辉,王永铭,谢亚苏,杨希英,徐应强
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 302-308.
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    利用数值模拟和实验方法研究预胀形对不等高平底异形盒形件充液成形过程的影响,探讨预胀高度和预胀压力对成形结果的影响规律,优化压力加载路径。结果表明:预胀形对成形结果影响较大。过高的预胀高度会导致不等高盒形件最低拐角区凸模圆角处的裂纹和折痕,过低的预胀高度会导致最高拐角区凸模圆角处的破裂。当预胀高度在合理范围时,预胀压力对筒壁最高拐角区凸模圆角处的破裂影响较小。但是,过大的预胀压力会导致筒壁最低拐角区凸模圆角附近产生裂纹及褶皱。合理预胀高度和预胀压力可有效控制失效形式的发生。
  • 刘 伟,陈一哲,刘 钢,崔晓磊
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 309-314.
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    以一个弯曲轴线复杂变截面空腔构件为研究对象,设计并加工了周边焊接双板液压成形实验装置。研究板材尺寸和形状、合模力与液体压力相互匹配的加载路径对板材成形性能的影响,得到了避免试件产生缺陷的工艺参数。结果表明:合理的板材形状可以节约材料、降低成本,并避免因胀形变形为主而导致的圆角破裂以及横截面差异较大区域的堆料起皱;加载路径对预成形阶段法兰区板材流动的影响很大。与传统的冲压再焊接工艺相比,采用双板液压成形弯曲轴线复杂变截面空腔结构更容易且效率更高,可以突破内高压成形受管材截面最大膨胀率的限制。
  • Amar Kumar BEHERA, Bert LAUWERS, Joost R. DUFLOU
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 315-322.
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    提出一种关于单点渐进成形(SPIF)部件的特征检测的新型算法。基于自建的关于SPIF的CAPP专家系统,通过对几何形状、曲率、位置、方位、加工参数的综合分析,可以检测33种不同的特征可以检测。为了加快检测过程,首先使用多级边缘分割算法创建一个边缘特征的框架。随后在这个框架中,区域生长算法被用来检测剩余的特征。这个检测方法已经成功地被不同的实验所验证。采用一个双曲面半球的实验案例描述通过对检测的特征进行补偿,从而生成最优的刀具路径。结果显示,优化的刀具路径对于成形部件的精度有很大的提高。
  • 丛  森,刚  铁
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 323-328.
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    由于超声方法测量低厚度非平行不规则表面试样时要求检测设备具有非常高的时间分辨力,因此,采用基于频谱分析的超声共振法来测量这种不规则的铝合金试样的厚度。为了实现连续测量,采用非接触检测模式,使用20 MHz水浸聚焦探头和带有定位装置的超声PAC检测系统,建立超声共振法的多次共振厚度算法表达式,通过多次共振频率计算出厚度值。为了得到准确的多次共振频率,在频谱分析中,需要去除时域信号中的表面回波,并且选择合适的窗口宽度。采用该方法可实现高达±15 μm的测量精度。除连续厚度测量外,还研究了探头定位误差对测量精度的影响,确定允许的探头偏移量为±500 μm。
  • 赵 军,展培培,马 瑞,翟瑞雪
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 329-334.
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    管端矫圆是保证大型管件产品质量的重要工序之一。管端矫圆是一个局部弹塑性变形过程,由于刚端的影响而导致难以对其弹复过程进行定量解析。采用物理模拟实验方法,研究管端扁矫圆与管端圆压扁之间的等价关系,以及管端圆压扁与整管圆压扁之间的相似关系。结果表明:管端扁矫圆和管端圆压扁的压下量相等;管端圆压扁和整管圆压扁卸载后椭圆度与相对压下量均为线性关系,且两条之间的横轴截距相等。基于上述关系,建立了管端矫圆两步法控制策略。验证实验表明,该控制策略可以将残余椭圆度控制在0.5%以内。
  • Forming of New Materials
  • 李小强,宋  楠,郭贵强
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 335-342.
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    通过实验确定和理论计算得到2B06铝合金板的成形极限图(FLC)。在凸模胀形实验中通过改变试件的宽度得到完整的FLC。理论预测的FLC是基于不同失稳理论和不同的屈服准则计算得到的。通过对比可知,基于同一失稳理论和不同屈服准则的预测曲线区别不大,所以不同屈服准则对理论预测的影响并不大。而基于不同失稳理论的理论曲线之间差距很大。基于SWIFT分散性失稳理论的FLC曲线比试验测定的曲线要高。基于HILL集中性失稳理论的FLC右半边曲线不可用。应用M-K理论的FLC预测曲线与试验结果最为接近,所以M-K可以作为理论计算预测成形极限图的有效方式。
  • 方 刚,刘清俊,雷丽萍,曾 攀
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 343-349.
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    通过线性和非线性应变路径的板料成形实验,研究1060铝合金的成形极限图(FLD)和成形应力极限图(FLSD)。利用Stoughton方法,基于板料成形实验中测得的应变数据,计算得到了FLSD。结果表明:对于1060铝合金板料,FLD与应变路径是相关的,而FLSD对应变路径却不敏感,所以FLSD可以很方便地作为多道次板料成形的极限准则。通过对比Hill’s 48, Hill’s 79 和Hosford非二次式3种材料屈服准则,分析了它们从FLD到FLSD转换对应力计算的影响,Hosford非二次式屈服准则更适合1060铝合金的FLSD计算。 通过与单向拉伸实验数据的比较,材料硬化准则中Voce硬化准则比Swift准则更适合该材料。在MATLAB上开发了由应变到应力的计算以及FLD和FLSD显示的程序,通过输入实验中测得的应变数据可以得出FLD和FLSD。
  • 王小松,苑世剑,宋鹏,谢文才
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 350-356.
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    采用实验和固体元数值模拟研究了铝合金矩形截面内高压成形过程塑性变形的发生与发展规律,给出了主应力三维图形可视化表征及在屈服柱面上的应力轨迹,分析了典型点应力及应变状态。结果表明:在矩形截面内高压成形过程中,圆角区外层首先发生屈服,圆角区内层两端部分各约1/4区域最后进入塑性变形。圆角区应变状态为沿着厚向缩短和环向伸长的趋势变化,过渡点最先发生塑性变形并且等效应变始终最大。在变形过程中随着内压的增大,过渡点的轴向应力始终为拉应力。
  • 李  恒,师开鹏,杨  合,田玉丽
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 357-363.
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    以规格为50.8 mm×0.889 mm(管材外径×管材壁厚)的高性能薄壁6061-T4铝合金管为对象,采用单因素实验分析和基于全过程三维有限元模拟的正交方法,获得多个弯曲成形参数对6061-T4薄壁铝合金管数控弯管回弹的影响。结果表明:1)弯管回弹角随弯曲角度的增大而总体呈线性增大;2)影响弯管回弹的显著性因素从高到低排列为:芯棒-管材间隙,弯曲半径,压模-管材摩擦,防皱块-管材间隙,压模-管材间隙,助推速度,芯模-管材摩擦和芯球个数;3)显著性成形参数对回弹的影响规律与不锈钢和钛合金相似:回弹角随弯曲速度、芯棒-管材间隙、相对弯曲半径、防皱模-管材间隙、压力模摩擦系数、压力模相对助推速度的增大而增大,随芯棒伸出量、芯球个数和芯棒摩擦系数的增大而减小。
  • 何祝斌,凡晓波,邵飞,郑凯伦,王志彪,苑世剑
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 364-369.
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    为测试AA6061挤压管材的成形性,在350~500 °C进行自由胀形实验,为复杂结构件的热态金属气压成形(HMGF)提供基础。通过测量最大胀形率(MER)和破裂压力直接表征加热状态下管材的成形性能。测量不同位置的维氏硬度,进行断口的SEM分析,并通过EBSD方法分析沿轴向和环向的微观组织。结果表明,在425 °C下胀形时最大胀形率达到极值86%。随着温度的升高,破裂压力从4.4 MPa降至1.5 MPa。破裂位置的维氏硬度略高于其它部位。在高温下发生微孔聚集型断裂,在500 °C出现过热组织。胀形时随着温度的升高,初始的细小等轴晶粒开始长大并沿轴向和环向被拉长。
  • 安利辉,蔡洋,刘伟,苑世剑,祝世强,孟凡成
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 370-375.
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    形变热处理(TMT)是一种能够使金属材料获得最终优良性能和微观结构的工艺方法。研究2219铝合金板材在两次形变热处理工艺中预变形量对其力学性能及组织的影响。研究表明,经过两次形变热处理的铝合金板材的屈服强度和抗拉强度随着第一次变形的变形量先增大后减小;第一次变形量为2%左右时,强度达到最高值。通过微观组织观察,发现经过形变热处理的2219铝合金板材内部有Al2Cu相析出,在经过第一次变形量为2%的两次形变热处理时,板材中的析出相最细密,因此,2219铝合金得以强化。
  • 王 勇,韩 聪,苑世剑
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 376-381.
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    为了研究内压对5A02铝合金充液弯曲管成形和壁厚的影响,通过实验的方法研究内压对5A02铝合金充液剪切弯曲管成形缺陷、成形圆角和轴向壁厚分布的影响。通过数值模拟分析了内压对轴向应变的影响和厚向应变不变线在成形管件上的分布。结果表明:当相对内压(成形内压与材料屈服强度的比)大于0.2时,能够顺利成形。当相对内压从0.2增大到1.2时,第一弯角外圆角对应的相对弯曲半径由0.3降低到0.025,轴向最小壁厚由1.45 mm降低到0.87 mm。根据变形特点可以将充液剪切弯曲管分为补料区、第一弯角、剪切区、第二弯角和夹持区。在轴向补料的作用下,补料区和第一弯角轴向为压应变。远离补料区的第二弯角和夹持区主要为拉应变。随着内压的增大,剪切区轴向应力由压应力变为拉应变。一方面,内压越大,成形圆角越小,对轴向补料的阻碍作用更强;另一方面,成形小圆角时产生了额外的轴向拉应变。根据厚向应变特点可以将充液剪切弯曲管件分为增厚区和减薄区,当相对内压为0.4时,增厚区为补料端和夹持端,减薄区位于两弯角的外圆角处和剪切区。
  • 韩 聪,徐永超,王 勇,臧 超,苑世剑
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 382-388.
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    为了解决传统弯曲方法无法整体成形铝合金小弯曲半径矩形管的难题,提出了一种充液剪切弯曲成形方法。通过数值模拟和实验方法研究成形过程中内压、补料比和模具弯曲内侧圆角对成形缺陷的影响。结果表明:在不同工艺参数下,分别出现起皱、开裂、凹陷和堆积4种缺陷。内压在0.2σs至0.9σs以及补料比在1.0至1.1的区间内,都可以顺利成形剪切弯曲管件。通过控制内压、轴向进给和横向行程,充液剪切弯曲成形方法可用于制造铝合金小弯曲半径矩形管。并且存在一个合理的内压和补料比成形窗口,在此窗口内,管材可顺利成形。
  • 凡晓波,何祝斌,苑世剑
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 389-394.
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    通过热态气压胀形实验测试5A06铝合金板材在不同温度、保压时间和气压下的成形性能。测量不同成形条件下(温度:325~500 °C;压力2.5,4.0 MPa;保压时间:8~120 s)圆底杯形件的轮廓、圆角半径和壁厚分布,分析各因素对板材热态气压胀形行为的影响。结果表明:温度越高,压力越大,保压时间越长,板材贴靠模具程度越大。圆底杯形件圆角半径最小仅为2.0 mm。最小壁厚值出现在圆角与底部过渡区域。在400~500 °C温度范围内,提高气体压力可以缩短保压时间,实现板材的快速气压成形。
  • 刘建光,刘 伟,王静宣
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 395-401.
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    研究AA5052/聚乙烯/AA5052复合层板成形过程中表层面板与中心聚合物层界面黏接强度对其成形性的影响规律。考虑复合层板界面特性,建立有限元分析模型模拟复合层板成形过程,通过对比实验与数值模拟计算,验证有限元模型的可靠性。分别对3种界面条件(分离,胶接和完全黏结)的复合层板进行刚性半球凸模实验和NAKAZIMA 成形实验,研究复合层板界面黏接强度对表层铝板损伤行为及成形极限图的影响规律。研究结果表明:界面应力可以抑制孔洞体积分数的增加,延迟表层铝板断裂的发生。因此,完全黏结界面条件复合层板成形极限图最高,并且随着界面黏接强度的提高,复合层板成形极限图提高。
  • 李  萍,张  翔,薛克敏,李  晓
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 402-407.
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    采用等通道转角挤扭工艺(ECAPT)将体积浓度为35%的SiC颗粒与65%的纯铝混合粉末直接制备SiCp-Al复合材料。基于金相组织观察和样方法分析,研究在同一试样不同的位置和不同的变形阶段的SiC颗粒分布,并与多道次等通道转角挤压工艺(ECAP)下SiC颗粒的分布进行比较。实验结果表明:剪应变对SiC颗粒的分布有重要的影响。在ECAPT过程中,SiC颗粒分布的均匀性从压实阶段到转角阶段得到很大的改善;单道次ECAPT工艺对SiC颗粒分布均匀性的改善效果相当于两道次ECAP,可以获得相对均匀的颗粒分布。
  • 刘  钢, 张文达, 何祝斌, 苑世剑, 林  喆
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 408-415.
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    针对镁合金管材热态内压成形存在的壁厚不均、膨胀率小等问题,提出利用温度差控制变形的差温内压成形新方法,设计差温内压成形模具设计,并沿管材轴向建立带有温度梯度的非均匀温度场,研究在一定的加载路径下,成形区和送料区的温度差对试件轴向壁厚均匀性的影响。研究结果表明:选择合适的温差可使成形件送料区增厚减小,壁厚均匀性提高,最佳温差为150 °C。分析差温内压成形预制坯形状对极限膨胀率的影响,使用膨胀率为35%的变径管作为预制坯,可获得66.2%的极限膨胀率。
  • 肖寒,张士宏,周荣,卢德宏
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 416-421.
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    采用数值模拟和实验方法研究薄壁、多筋AZ31镁合金挤压型材的温热张力绕弯成形工艺,分析工艺参数对AZ31弯曲型材回弹特征的影响。结果表明:当成形温度由100 ℃升高至200 ℃时,AZ31镁合金型材弯曲件回弹角的实验值和模拟值均减小,实验回弹角由11.6°降低至10.7°,回弹率由11.26%降低至10.39%,回弹角与成形温度的关系近似为线性关系。当弯曲角由100°增加至110°时,AZ31镁合金型材弯曲件回弹角的实验值和模拟值都增加,实验回弹角由10.8°增加至11.5°,回弹率由10.48%增加至11.16%。当预拉伸量由0.2%增加至1.1%时,AZ31镁合金型材弯曲件回弹角的实验值和模拟值都减小,实验回弹角由12.5 °降低至9.8 °,回弹率由12.14%降低至9.51%。
  • 姜巨福,王迎,杜之明,罗守靖
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 422-427.
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    借助新应变诱导熔化激活方法制备AZ80合金半固态坯料。在新应变诱导熔化激活方法中,首先利用等通道角挤压对铸态AZ80镁合金进行预变形,然后将预变形的AZ80镁合金进行半固态等温处理。结果表明:利用等通道角挤压能够使AZ80合金获得很好的应变诱导效果。这是由于等通道角挤压能够使AZ80合金微观组织细化,力学性能提高。新应变诱导熔化激活方法能够制备晶粒细小且球化程度高的半固态坯料。利用新应变诱导熔化激活方法制备的半固态坯料触变锻造的零件具有高的力学性能,其屈服强度达到216.9 MPa,抗拉强度达到312.4 MPa,伸长率达到26%。触变成形实验结果也证明,新应变诱导熔化激活方法是一种非常理想的AZ80半固态坯料制备方法。
  • 陶健全,程远胜,黄少东,彭菲菲,杨文选,鲁美琪,张志明,金鑫
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 428-434.
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    为了提高ZK60镁合金的力学性能,采用多向锻造和部分重熔工艺;研究重熔温度和保温时间对ZK60镁合金半固态组织的影响;研究多向锻造和部分重熔工艺制备的ZK60镁合金构件在不同触变成形温度下的力学性能。结果表明:多向锻造加部分重熔工艺是一种制备半固态触变成形ZK60镁合金的有效方法。在部分重熔过程中,随着保温时间的延长和重熔温度的升高,晶粒长大。升高重熔温度,晶粒球化效果明显得到改善。当触变成形温度从560 °C升高至574 °C时,ZK60镁合金的力学性能明显提高。
  • 王丽萍,姜文勇,陈 添,冯义成,周洪宇,赵思聪,梁镇强,朱 言
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 435-444.
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    通过应变诱导熔化激活法制备半固态AM60B镁合金,并研究其组织演变。分别采用往复挤压-镦粗(CEC法)和传统压缩预成形铸态AM60B镁合金,并在半固态区间部分重熔和触变成形。结果表明,CEC态镁合金的粗晶组织消失,出现细小晶粒组织,但是压缩态合金的粗晶和再结晶晶粒共存。在局部重熔过程中,CEC态合金获得理想的细晶组织,完全球化的晶粒被液相均匀包裹。在压缩态合金中,多边形晶粒在一定程度上球化,但是之前不规则的形状仍然明显存在。CEC加上二次重熔触变成形的AM60B镁合金,其力学性能优于压缩态加上二次重熔触变成形的镁合金的。
  • 孙宏飞,李成杰,解洋,房文斌,
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 445-449.
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    以纯镁铸锭作为坯料,经过两道次累计大比率挤压制备了棒材,并对最终的棒材进行退火处理。通过光学显微镜(OM)、力学性能测试和扫描电子显微镜(SEM)研究了挤压变形和退火处理对纯镁组织、性能以及断裂行为的影响。结果表明:在挤压变形过程中,由于动态再结晶的作用,材料的晶粒尺寸得到明显细化,从而显著地改善了材料的室温力学性能和断裂方式。经过一次挤压后,粗大的铸态晶粒细化到35 μm,屈服、抗拉强度和伸长率分别达到84 MPa、189 MPa和12%,所得棒材经再次挤压后,屈服强度超过120 MPa,但是,由于加工硬化的作用,伸长率有所下降。对最终棒材进行退火处理后,平均晶粒尺寸为9~10 μm,屈服强度、抗拉强度分别达到124 MPa、199 MPa,伸长率为10.7%,材料的组织和性能得到明显改善。
  • 赵高瞻,杨林,段勋兴,任晓华,朱利民,阳廷军,郭向勇,郝少楠
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 450-456.
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    对铸态和变形态AZ80镁合金重熔后的组织演变与力学性能进行比较。将一种新的成形工艺--循环闭式模锻(CCDF)应用于AZ80再结晶局部重熔(RAP)的变形工艺中。相比铸态合金,CCDF变形态可以获得更加细小、均匀、圆整的晶粒组织。随着等温热处理时间从0延长到40 min,铸态AZ80合金的晶粒呈现先细化后粗化的趋势,而CCDF变形态则持续粗化。与此同时,前者的圆整度持续增加,而后者则先增后减。重熔过程中的组织演变是多种因素复合的结果,如晶格畸变提供的再结晶驱动能、Ostwald熟化机制以及晶粒合并长大机制等。与铸态相比,CCDF变形态的力学性能明显改善,屈服强度、抗拉强度以及伸长率增幅分别达到89%、45%和242%,这主要得益于组织的细化与缺陷的消除。
  • 张超,李小强,李东升,金朝海,肖军杰
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 457-464.
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    为研究Ti-6Al-4V合金在热成形过程中的力学性能,在923~1023 K温度和0.0005~0.05 s-1应变速率范围内,进行片状试样的恒温高温拉伸试验,采集应力-应变试验数据并建立材料的本构模型。将Arrhenius和Norton-Hoff本构模型用于表征合金的高温拉伸行为。拟合结果显示,考虑材料常数应变补偿的Arrhenius模型和改进的Norton-Hoff模型均可以准确地预测Ti-6Al-4V合金多数条件下的流变应力,由拟合结果比较可知改进的Norton-Hoff模型比Arrhenius模型更精确。
  • 张煜梓,黄陆军,刘宝玺,耿 林
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 465-471.
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    通过原位自生反应热压法制备出TiB晶须增强Ti6Al4V(TC4)合金基复合材料(TiBw/Ti64)。通过热压缩实验研究这种新型复合材料的高温变形行为,变形温度区间为900~1100 °C,变形应变速率区间为0.001~10 s-1。结果显示,该复合材料的流变应力随变形温度的升高与应变速率的降低而降低。当应变速率达到10 s-1时,出现了非连续屈服与流变失稳现象,特别是在β相区变形时,这种现象更加明显。根据应力-应变曲线上获得的峰值流变应力,分别获得了α+β双相区与单一β相区的流变应力方程。根据流变应力方程,获得了α+β双相区塑性变形激活能为822.3 kJ/mol,单一β相区塑性变形激活能为209.4 kJ/mol。增强体网状组织结构与基体组织结构变形形态较大程度上取决于变形区域与变形参数。
  • 蒋少松,卢振,赫晓东,王国峰,张凯锋
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 472-478.
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    采用MSC. MARC软件设计不同形状的预成形模具,采有限元模拟方法研究预成形模具和终成形模具的表面摩擦因数对筒形件侧壁厚度分布的影响规律。结果表明:对预成形模具压边部分环形带区域和筒形件底部区域进行局部预减薄有利于筒形件厚度的均匀分布。当预成形模具表面的摩擦因数达到0.57时,局部减薄效果最明显,有利于最终的厚度分布。终成形模具的表面摩擦因数为0时,板料趋于整体变形,厚度分布区域均匀。通过机械加工增加预成形模具的摩擦因数,通过喷涂BN陶瓷粉末降低终成形模具的摩擦因数,最终,采用正反向超塑成形成功制得厚度分布为1.50~1.78 mm的TC4钛合金深筒形件。
  • 何祝斌,滕步刚,车长勇,王志彪,郑凯伦,苑世剑
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 479-484.
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    通过单向拉伸试验测试TA2钛合金管材在700~850 °C和4×10-4 s-1~4×10-1 s-1应变速率下的力学性能,观察拉伸断口形貌。开发管材热态胀形实验装置,测试管材在770~950 °C的热态气压胀形性能,获得胀破压力和极限胀形率随温度的变化规律,并对典型的破裂形式进行分析。结果表明:TA2钛合金管材的抗拉强度随着温度的升高或应变速率的减小而减小;总伸长率显著增大(142%~331%)。热态气压胀形时,随着温度的升高,胀破压力从6.5 MPa单调下降至1.2 MPa,极限胀形率呈先增加后降低的变化趋势,在890 °C时达到最大值,约70%。在不同温度下气胀时,出现环向破裂、轴向破裂及分散破裂3种不同的破裂形式。TA2钛合金管材适合的热态气压成形温度区间为860~920 °C。
  • 邹鹑鸣,刘燕,杨锌,王宏伟,魏尊杰
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 485-490.
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    为了研究烧结颈在螺旋孔隙多孔钛中所起的作用,利用数值模拟的方法对烧结颈尺寸和烧结颈位置对多孔钛单胞压缩力学性能的影响进行研究。结果表明:多孔钛单胞的压缩力学性能由单胞的螺旋孔隙结构和烧结颈决定,烧结颈的贡献系数约是螺旋孔结构贡献系数的3.5倍;随着相对烧结颈尺寸的增加,多孔钛单胞的压缩屈服强度和弹性模量增加;单胞中C1烧结点是最重要的烧结位置;在相同条件下,增加C1处的烧结颈尺寸对压缩性能的提高更有效。
  • 孙宏飞,李学问,冯杰,房文斌,
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 491-495.
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    利用机械球磨法制备了名义成分为Ti-45Al-10Nb(摩尔分数,%)的复合粉末,采用真空热压烧结工艺对粉末进行固结,利用OM、XRD、SEM、EDX对球磨12 h的粉末及烧结块体材料进行表征。结果表明,所得Ti/Al/Nb复合粉末的成分均匀,晶粒细小。烧结后所得合金的显微组织由细小等轴晶和均匀分散其中的大的纯Nb颗粒组成。增加10%(摩尔分数)的Nb元素,TiAl基合金的室温强度及塑性有显著提高,屈服强度和断裂强度分别为842 MPa和1314 MPa,室温压缩率达到12.4%。
  • Ken-ichiro MORI
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 496-503.
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    为克服现今热冲压的难题,开发了一种高强度钢零件的新型热冲压技术。利用快速电阻加热,该热冲压技术所需的设备比电炉加热的设备更简单。与传统液压加工相比,该工艺采用机械伺服高速冲压可以提高成形性。通过具有局部旁路电阻加热的剪切模具,制备了具有不同强度分布的零件。局部电阻加热使得剪切区的流变应力减小,从而使模具淬火钢零件和超高强钢板的剪切更容易。通过对杯壁进行电阻加热,利用热齿键成型技术制备了超高强度钢齿轮盖。同时,还通过热冲压成型制备了汽车用中空导流槽。一次热压成形工艺包括电阻加热、成形、剪切和模具冷却等流程,该工艺适用于相对较小的高强度钢零件。
  • Jie LIU, Rudolf KAWALLA
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 504-511.
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    分别采用异步轧制和同步轧制工艺制备具有细晶组织的钢材。异步轧制通过采用不同直径的轧辊来实现,轧辊直径比分别为1.00、1.05和1.11,轧制温度在900~1100 °C,轧制变形量为15%、30%和60%。结果表明,与同步轧制相比,异步轧制能够在轧制件中间层获得高体积分数的再结晶晶粒和更小的晶粒尺寸。在轧辊直径比为1.05时能够得到最高的再结晶程度和最小的晶粒尺寸。在较高的温度和低的变形量条件下,晶粒明显长大,其机制为传统的动态再结晶,伴随有孪晶发生。在900 °C下,即使变形量达到60%,异步轧制也不能导致动态再结晶发生,而同步轧制却可以。除了在900 °C和变形量为60%以外,异步轧制的压力要比同步轧制的小。轧制压力随着轧制温度的降低和变形量的升高而增加。
  • Hannes NONEDER, Marion MERKLEIN
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 512-518.
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  • 郭良刚,董可可,张保军,杨合,郑文达,刘雄伟
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 519-527.
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    在AISI304不锈钢管穿孔针挤压成形过程中,揭示挤压坯料的动态再结晶规律,是实现动态再结晶行为的有效控制,从而获得具有细晶及合格微观组织的管材的基础和关键。基于DEFORM-2D软件平台,以d29 mm× 4.5 mm AISI304不锈钢管的穿孔针挤压过程为研究对象,首先建立了该过程适用、可靠的多尺度有限元分析模型;通过大量的数值模拟分析,阐明了关键挤压成形参数(即坯料初始温度和挤压速度)对挤压坯料的动态再结晶体积分数、平均晶粒尺寸及其分布的影响规律,所得结论为根据挤压管材的微观组织对AISI304不锈钢管穿孔针挤压成形过程进行优化设计与稳健控制提供了重要理论依据和指南。
  • 姬书得,刘建光,岳玉梅,吕赞,傅莉
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 528-533.
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    基于3D热力耦合有限元模型对45#钢环形件连续驱动摩擦焊(CDFW)过程中的材料流动行为与飞边形成过程进行研究,重点分析7种不同的焊接工艺参数影响摩擦界面附近材料流动与飞边形态的规律,其中焊接工艺参数包括摩擦压力、摩擦时间与旋转速度。结果表明:更高的焊接温度峰值、更宽的高温区域以及更大的轴向压力有利于增加焊接过程中的材料流动速度。在CDFW过程中,摩擦界面边缘附近的材料向接头外流动并形成飞边,且飞边尺寸与弯曲程度随着摩擦时间的延长、以及旋转速度和摩擦压力的增加而增加。对于内径50 mm、外径80 mm的45#钢环形件,较合理的CDFW焊接工艺参数为:摩擦压力100 MPa、摩擦时间4 s以及旋转速度1600 r/min.
  • 刘 伟,刘红生,邢忠文,刘 钢,包 军
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 534-541.
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    高强钢板热冲压作为一种创新工艺逐渐被用于汽车领域制造超高强度的零件。实际上,由于在热冲压过程中材料表现出高度非线性的弹塑性以及热固响应行为,实验很难全面考察热成形过程。因此,有必要建立超高强钢板热冲压三维弹塑性热固耦合的有限元模型。同时,在高温拉伸试验的基础上,测试超高强钢的高温力学性能,并建立和应变、应变速率、温度相关的材料本构模型。此外,采用热冲压试验结合数值模拟研究模具温度和凸模速度对方盒形件超高强钢热冲压的影响规律,在测试热成形零件性能的基础上,得到优化的模具温度和冲压速度。
  • 刘红生,邢忠文,雷成喜
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 542-547.
    摘要 ( )   可视化   收藏
    研究工艺参数包括成形温度、模具温度和压边力对热冲压成形质量的影响。针对方盒形件热冲成形进行实验研究。由于热冲压成形质量对压边力具有很高的敏感性,采用液压缸设计压边力精确控制系统,采用该系统可使所施加压边力精度达到±10 N。实验结果表明,当成形温度为850 °C左右,热冲压件内部微观组织为马氏体和贝氏体混合相,而当成形温度为550 °C时,其微观组织主要为珠光体组织。当模具温度从200 °C降低至环境温度时,热冲压件的抗拉强度从1550 MPa增加至1750 MPa。通过实验确定了最优压边力1.62 MPa可避免热冲压件起皱和破裂。
  • 于海平,徐志丹,江洪伟,赵志学,李春峰
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 548-552.
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    采用带集磁器线圈装置对3A21铝合金-20钢管件进行磁脉冲连接,并对连接接头的力学性能和微观结构进行测试和观察。结果表明,在电压为15 kV、径向间隙为1.2~1.4 mm和搭接区锥角为3°~7°的条件下可获得冶金连接接头。连接接头由宽度不均匀的过渡区、两母材及其与母材连接的界面构成。连接界面呈微波状形貌,过渡区发生基体元素Fe和Al的互扩散。过渡区由Fe-Al金属间化合物构成,并存在微裂纹和微孔洞等缺陷;其显微硬度明显高于邻近母材的显微硬度。
  • 李峰,林俊峰,隋小冲,边楠,徐明达
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 553-559.
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    为解决传统方法进行异质板材连接时的不足,提出一种实现异质板材连接的新工艺,冷压变形连接法。利用有限元模拟软件DEFORMTM-3D对长宽和宽度为100 mm×30 mm,厚度分别为1 mm和0.5 mm的长方形纯铝板和不锈钢板试样进行数值模拟。结果表明:随着冲头压下量的增加,所需载荷呈增大趋势变化。连接过程中不锈钢板壁厚由中间向两侧逐渐减薄,而铝板壁厚变化差异较大。实验与模拟结果相符,随着冲头压下量的增加,平均连接厚度逐渐减小而连接强度则先增大后减小。连接标距内的板厚呈非均匀分布且离铝板端部15 mm处的板厚最大。
  • 滕步刚,胡 蓝,刘 钢,苑世剑
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 560-565.
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    双层金属管由内层耐腐蚀合金和外层低碳钢管组成,具有优良的综合性能。通过有限元模拟和实验研究内外层不同厚度比和内部液体压力对低碳钢/铝合金双层管充液弯曲起皱行为的影响,分析双层管充液弯曲出现的两种起皱失稳形式,即分叉失稳和极值点失稳。结果表明:起皱随着厚度比的增加而延缓,双层管稳定性随着厚度比的增加而明显提高。通过有限元模拟确定了最优的厚度比选取范围。当内压较低时,双层管易出现内外层分析缺陷,导致内层铝合金薄壁管出现分叉失稳。随着内压的升高,内层管抗失稳能力明显提高,成型极限增加。实验结果验证了不同内压下的有限元预测结果。通过该研究,确定内压和外层管壁厚的选取方法,得到双层管充液弯曲避免内层薄壁管起皱的机理。
  • 庞 秋,武高辉,孙东立,修子扬,张 强,胡志力,
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 566-572.
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    采用固体粉末法在1050 °C下对三维网状开孔泡沫Ni表面进行Cr-Fe共沉积,然后经过1200 °C高温固相扩散处理对开孔泡沫Ni-Cr-Fe进行表面合金化。研究不同保温条件下Cr、Fe含量对Ni-Cr-Fe合金泡沫的准静态压缩性能和能量吸收性能。同时,将开孔Ni-Cr-Fe合金泡沫的真实力学性能与纯泡沫Ni和假设的Ni-Cr-Fe合金泡沫模型进行比较。结果表明:不同Cr、Fe含量的开孔Ni-Cr-Fe合金泡沫骨架显示出相似的硬度,整体上开孔Ni-Cr-Fe合金泡沫的压缩强度和能量吸收性能随着合金泡沫中Cr、Fe含量的增加而明显增大。开孔Ni-Cr-Fe合金泡沫的应力-应变行为与纯泡沫Ni相似,表明Ni-Cr-Fe合金泡沫具有典型韧性金属泡沫的变形特性。同时,单位体积开孔Ni-Cr-Fe合金泡沫的能量吸收最大值与泡沫Ni相比增加了22倍。经计算得出的Ni-Fe-Cr合金泡沫的理论屈服强度与实际屈服强度大体一致。
  • 胡永祥,李康妹,齐晨洁,姚振强,RamanaV.GRANDHI
    中国有色金属学报(英文版). 2012, 22(Special 2): 573-578.
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    采用高温无氧铜材料,实验研究激光冲击压力作用下铜材料表面微坑的几何特征以及尺寸效应作用规律。通过控制热处理温度与保温时间,在厚度截面方向获得多种不同晶粒粒径的试样,结合2种不同光斑大小的实验,研究激光冲击表面高应变率塑性变形的大小效应作用特征。实验结果表明:在相同激光能量条件下,大光斑冲击产生的微坑深度较大。晶粒粒径对微坑深度有较大的影响,小晶粒条件下,产生的坑深较小;大晶粒条件下,光斑大小与晶粒粒径对于坑深的影响较为显著。