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Ti-22Al-25Nb合金板材气压胀形实验及数值模拟

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稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 806-814页

作者：殷宏亮孟令健鲁羽鹏林鹏太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024 哈尔滨工业大学、金属精密热加工国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150001

通过气压胀形实验和数值模拟研究了Ti-22Al-25Nb合金板材在高温下的热成形行为,并分析了在930和970℃下的胀形球壳形状和壁厚分布,讨论了胀形部分的微观结构和力学性能。结果表明,在胀形初期,胀形球壳接近球面,随胀形高度的增加逐渐椭... 详细信息

通过气压胀形实验和数值模拟研究了Ti-22Al-25Nb合金板材在高温下的热成形行为,并分析了在930和970℃下的胀形球壳形状和壁厚分布,讨论了胀形部分的微观结构和力学性能。结果表明,在胀形初期,胀形球壳接近球面,随胀形高度的增加逐渐椭球化。在930和970℃下,最终胀形高度分别达到46.25和49.85 mm,壳顶的曲率半径分别达到49.33和49.19 mm。胀形部分壁厚不均匀,从底部至顶部逐渐减小。变形温度对球壳形状影响较大,在930℃时胀形局部形状更加不均。在相同的胀形高度下,930℃下的胀形球壳曲率半径较小且壁厚减薄率较高。此外,在930℃胀形过程中,O相析出并球化,导致O型、V型空洞的产生且硬度下降。而在970℃胀形后,微观组织分布均匀,O相在冷却过程中以层片形式析出,强化了胀形件。

关键词： Ti2AlNb 气压胀形热成形性微观组织

AZ31/AA5083双金属筒形件气压胀形-冷缩结合工艺

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中国有色金属学报 2018年第4期28卷 712-718页

作者：王刚孔得红谢允聪程涛王文娟哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院威海264209

通过气压胀形实验研究AZ31/AA5083双金属筒形件气压胀形-冷缩结合工艺的基本成形规律。结果表明:双金属筒形件的适宜成形温度为450℃左右,双金属筒形件因两种金属热膨胀系数不同而收缩不同,在筒间形成过盈配合,筒间残余接触应力取决于... 详细信息

通过气压胀形实验研究AZ31/AA5083双金属筒形件气压胀形-冷缩结合工艺的基本成形规律。结果表明:双金属筒形件的适宜成形温度为450℃左右,双金属筒形件因两种金属热膨胀系数不同而收缩不同,在筒间形成过盈配合,筒间残余接触应力取决于双金属收缩量的差异,计算出筒间残余接触应力为2.96 MPa,接触应力过大会导致底部失稳凸起;同时,给出筒底凸起失稳发生的判据。降低成形温度、增大筒底圆角半径和保压冷却等能够防止内层筒筒底失稳;内外层筒形件壁厚不均匀,底部圆角处减薄率达到80%,最易发生破裂;加载路径对壁厚分布几乎没有影响。

关键词：双金属筒形件气压胀形冷缩结合残余接触应力

热压制备Ni/Al微叠层复合板的协调变形行为和气压胀形成形性

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 786-797页

作者：鲁羽鹏殷宏亮席先铮孟令健林鹏梁伟太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉... 详细信息

为了制造NiAl合金复杂薄壁构件,采用真空热压法制备一种新型Ni/Al微叠层复合板(NAMCS)。基于不同温度的单向拉伸试验,研究Ni/Al微叠层复合板的力学性能。为了阐明Ni/Al微叠层复合板的单向拉伸协调变形机制,通过扫描电子显微镜对不同拉伸应变下的变形组织进行表征。结果表明,在5%应变、室温和300℃条件下,NiAl_(3)层和Ni_(2)Al_(3)层中形成了一些裂纹。在600℃和20%应变条件下,在NiAl3层观察到一些微孔。样品在78.7%的拉伸应变断裂时,Ni_(2)Al_(3)层也未出现裂纹,表现出良好的协调变形能力。Ni/Al微叠层复合板的高温自由气压胀形试验表明,600℃时其极限胀形比(极限胀形高度与凹模直径之比)达到33.3%,表现出良好的成形性。

关键词： Ni/Al微叠层复合板力学性能协调变形机制气压胀形成形性

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异形气雾罐气压胀形工艺参数的探讨

模具工业 2008年第3期34卷 38-40页

作者：宋志平黄特程羽山西机电职业技术学院山西长治046011 永康职业技术学校浙江永康321300 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

用气压胀形的方法成形异形气雾罐是一种先进的塑性加工技术,采用数值模拟的方法,针对异形气雾罐气压胀形工艺进行了系统研究,获得一些有利于成形的工艺参数和成型规律,研究结果对工艺优化和过程控制具有一定的实用价值。

关键词：异形气雾罐气压胀形数值模拟

AZ31/7475双金属复合管气压胀形—冷缩结合工艺研究与力学分析

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AZ31/7475双金属复合管气压胀形—冷缩结合工艺研究与力学分析

作者：孔得红哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本课题主要研究AZ31/7475双金属复合管气压胀形-冷缩结合工艺成形异型管,利用两种材料热膨胀系数的差异实现管间的紧密结合。通过数值模拟与实验研究成形工艺,并对成形过程进行力学分析。采用有限元模拟软件***模拟了AZ31/7475正六边形... 详细信息

本课题主要研究AZ31/7475双金属复合管气压胀形-冷缩结合工艺成形异型管,利用两种材料热膨胀系数的差异实现管间的紧密结合。通过数值模拟与实验研究成形工艺,并对成形过程进行力学分析。采用有限元模拟软件***模拟了AZ31/7475正六边形截面双金属复合管气压胀形过程,分析了成形过程中应变速率的变化情况,研究了加载气压、加载时间、加载路径、模具与管材之间间隙对复合管壁厚分布以及圆角半径影响规律,并总结出适宜工艺参数为阶梯式气压加载路径,初始成形气压3MPa、最大成形气压6MPa、加载时间600s、模具与管材之间间隙0.5mm。在有限元分析的基础上,在450℃下进行了复合管的气压胀形实验,研究了最大成形气压和加载时间对成形件壁厚和圆角半径的影响,实验结果与模拟结果吻合良好,相差约0.35%,圆角半径相差1mm,最佳工艺参数下成形的复合管壁厚不均匀率为3.07%,壁厚最大减薄率10.60%,圆角半径值7.0mm,管间界面结合紧密,无扩散连接现象。分别对双金属复合异型管气压胀形-冷缩结合过程中镁管和铝管的自由胀形、侧壁贴模、圆角填充以及冷缩结合四个阶段进行了应力分析。自由胀形、侧壁贴模和圆角填充三个阶段均忽略径向应力r?,受环向??轴向z?两向应力;自由胀形阶段按照两端固定的管材自由胀形平面应力状态分析,凸起轮廓点遵从模具无关椭圆模型;侧壁贴模阶段将贴模点视为胀形区改变的自由胀形管材最高点,按照管材自由胀形进行分析;圆角填充阶段将已贴模部分壁厚看成是直角梯形分布,未贴模部分壁厚一致,根据体积不变条件建立了该阶段圆角半径与壁厚之间的关系式;冷缩阶段将正六边形截面复合管的圆角部位和直壁部位分别视为相应尺寸双金属复合圆管一部分,按照双金属复合圆管冷却收缩时所受残余接触应力进行应力分析。提出了复合管管间残余接触应力应包括因冷却后收缩量不同引起的冷缩残余接触应力和因弹性恢复不同引起的回弹量不同两部分,按照管间过盈配合假设推导出了双金属复合圆管和正六边形截面双金属复合管管间结合力的计算公式,并通过压缩试验测量了400℃和450℃下成形的双金属复合圆管管间残余接触应力,理论值和实测值分别相差27.9%和19.2%。复合管内管直壁部分在冷缩过程中的受力情况相当于两端固定两端简支的受单向均匀载荷作用的矩形薄板,推导出了内管直壁部分发生屈曲失稳的临界载荷计算公式,并计算出临界失稳载荷为70.34MPa。

关键词：双金属复合管气压胀形数值模拟工艺参数应力分析

AZ31/AA5083异种合金双层板气压胀形/冷缩结合工艺研究

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AZ31/AA5083异种合金双层板气压胀形/冷缩结合工艺研究

作者：谢允聪哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本课题针对AZ31/AA5083双层筒形件复合结构成形进行探索，利用不同合金的超塑性气胀温度区间彼此重叠和热膨胀系数的差异，通过加热时气压胀形成形筒形件，冷却时由冷缩结合力提供双层板间的抱紧力，实现镁合金和铝合金双层复合结构的... 详细信息

本课题针对AZ31/AA5083双层筒形件复合结构成形进行探索，利用不同合金的超塑性气胀温度区间彼此重叠和热膨胀系数的差异，通过加热时气压胀形成形筒形件，冷却时由冷缩结合力提供双层板间的抱紧力，实现镁合金和铝合金双层复合结构的成形与结合。借助MARC软件采用壳单元对双层筒形件气压成形过程进行模拟，结果表明，双层筒形件壁厚分布不均匀，底部圆角处壁厚最小，最易发生破裂;当成形初始压力和最大压力一致时，加载路径、板间摩擦系数对双层筒形件壁厚分布没有影响，外层板与模具间摩擦系数越小，筒形件壁厚分布越均匀;内层板对外层板的板间力的作用方式等效于气体压力作用，二者等效应力分布一致。利用1.0和1.5mm厚的轧制板材在不同温度、加载路径下进行双层筒形件气压胀形/冷缩结合实验。实验结果表明，温度过高，筒形件内层底部失稳凸起，温度过低，筒形件圆角半径过大;在450℃，初始压力为1.6MPa，每600s增加0.4MPa至最大压力4.4MPa保压8100s，成形出了直径为80mm、高度为24mm的高径比为0.3的筒形件，而且壁厚分布有限元模拟结果与实验值吻合较好，厚度减薄率差值一般在5%以内;以利用两种异种金属的塑性能力为判断准则，得到AZ31/AA5083双层筒形件适宜成形温度区间为42550℃;板材位置对板材壁厚分布影响较大，在胀形过程中，位于内层板材壁厚分布比较均匀。利用光学显微镜研究AZ31镁合金板材成形时的组织演变规律。结果表明，随变形程度的增加，晶粒变细，底部圆角处晶粒最细小，厚度减薄率从0%增加到67.6%，晶粒尺寸从20μm减小至9μm;随成形温度的升高，晶粒增大，成形温度从400℃升高到450℃，底部圆角处板材晶粒尺寸从5μm增加到9μm。通过理论计算确定了双层筒形件板间抱紧力，按照双层板间过盈配合计算得到的双层筒形件层间接触压力约为63.45MPa，并对双层筒形件气压胀形/冷缩结合过程进行了应力及失稳分析，气压胀形/冷缩结合过程会产生内层底部凸起和破裂两种失稳。内层底部凸起是由冷却时的收缩力而产生的。按照沿周边均匀受压薄圆板的临界屈曲压力公式得到了降低成形温度、增大筒底圆角半径和采用保压炉冷方式可以避免凸起;破裂易于发生在胀形件壁厚最薄的部位，且内外层板材破裂的位置一致。

关键词：双层筒形件气压胀形冷缩结合失稳分析

镁/铝复合阶梯管件气压胀形工艺数值模拟和实验研究

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镁/铝复合阶梯管件气压胀形工艺数值模拟和实验研究

作者：王如月哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本课题主要研究AZ31/7475双金属复合管气胀成形复合阶梯管件的工艺基础。该工艺是在两种合金重叠的热变形温度区间使两种管材同步气压胀形,成形后因收缩量不同而产生抱紧力,实现两管的紧密结合。采用有限元模拟指导工艺实验的方法,对阶... 详细信息

本课题主要研究AZ31/7475双金属复合管气胀成形复合阶梯管件的工艺基础。该工艺是在两种合金重叠的热变形温度区间使两种管材同步气压胀形,成形后因收缩量不同而产生抱紧力,实现两管的紧密结合。采用有限元模拟指导工艺实验的方法,对阶梯管成形过程以及成形件质量进行了系统的分析。阶梯管的气压胀形工艺分为三个阶段:自由胀形阶段、合模补料阶段和定形充满阶段。利用有限元模拟软件ABAQUS采用四边形壳单元S4R对双金属复合阶梯管的气压胀形过程的三个阶段进行了模拟,分析了自由胀形阶段的初始气压、合模补料阶段的轴向进给量和定形补料阶段的终了气压对成形过程的影响,最终确定了合适的成形参数为:初始气压为1.6MPa,轴向进给量为10mm,终了压力为5MPa。得到了阶梯管成形过程中应力应变变化规律,分析了成形过程中的应力应变变化规律,探究了成形阶梯管的壁厚分布规律,并重点分析了轴向进给量对最小壁厚和壁厚不均匀度的影响规律,确定阶梯管气压胀形时镁管和铝管的成形危险点分别位于第一阶梯直壁与圆角过渡处和管件中截面处。以模拟结果作为指导,设计了阶梯管气压胀形模具并在440℃进行了AZ31/7475双金属复合阶梯管的气压胀形实验,成功地成形出了符合要求的镁/铝双金属复合阶梯管件。得到了初始气压、轴向进给量和终了气压对成形过程的影响,研究了成形件的壁厚分布规律和轴向进给量对壁厚分布的影响,发现适当增大轴向进给量可以改善阶梯管的壁厚分布,实验结果也验证了模拟结果的准确性。分析了开裂、起皱、未充满和飞边四种典型的胀形件成形缺陷的产生原因,并提出了防止措施。双金属复合阶梯管镁/铝之间的界面清晰,无扩散现象,无冶金结合。镁管铝管管间的残余接触应力由冷缩残余接触应力和回弹残余接触应力两部分组成,计算得到阶梯管第一阶梯、第二阶梯和基管处管间的残余接触应力分别为3.45MPa、3.60MPa、3.51MPa。利用ABAQUS有限元软件模拟了高径比、厚径比和管坯层数对复合阶梯管件成形临界初始气压的影响规律。随着高径比的增大,合模后胀出单鼓形所需要的临界初始气压呈线性增大;双层复合管胀形的临界初始气压要比单层管大很多,但随着高径比变化不显著;厚径比增大,合模后胀出单鼓形所需要的临界初始气压增大。

关键词：双金属复合阶梯管气压胀形数值模拟压缩失稳壁厚分布

AZ31/AA5083双金属方盒件气压胀形—冷缩结合工艺研究

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AZ31/AA5083双金属方盒件气压胀形—冷缩结合工艺研究

作者：李骁哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超塑气压胀形是超塑性领域中的典型应用,但两种合金板材同步气压胀形并通过冷缩而结合很少有人进行研究。本课题针对AZ31镁板和AA5083铝板在热胀冷缩能力上的差异性,完成了双金属方盒件先气胀成形后冷缩结合的组合工艺,从有限元模拟和... 详细信息

超塑气压胀形是超塑性领域中的典型应用,但两种合金板材同步气压胀形并通过冷缩而结合很少有人进行研究。本课题针对AZ31镁板和AA5083铝板在热胀冷缩能力上的差异性,完成了双金属方盒件先气胀成形后冷缩结合的组合工艺,从有限元模拟和实验两方面对双金属方盒件的气胀-冷缩结合工艺进行了深入探讨。借助***通用有限元软件分别开展了结构场和热场的模拟。整个胀形过程可分为三个阶段:自由胀形,底部贴模和充填圆角阶段,各阶段下,板材厚度减薄最严重的区域从拱顶逐渐转移至方盒件面与面相交的圆角处,最终底面圆角和拐角处减薄率为58.83%和60.18%;并借助不同模型分析了不同方盒边长和深度之比下的壁厚分布情况,模拟厚度值与实验值的最大相对误差为10.92%,方盒件的最小壁厚值及其出现的位置由其贴模程度和模具型腔尺寸共同决定,当边长/深度比为2.30时,底面圆角和拐角半径为7.21mm和9.18mm,成形度较好。热场模拟结果表明:原始半径为45mm,厚度分别为1.0mm的AZ31/AA5083双金属板从435o C的成形温度空冷至室温大约需要8min。厚度均为1.0mm的AZ31/AA5083双金属方盒件气压胀形实验结果表明,边长56mm、深度20mm的方盒件的适宜成形温度为435o C,加压方式为阶跃式加压法,初始气压1.00MPa,终了气压2.00MPa,每10min加压0.25MPa;成形时间为2700s,最高应变速率模拟范围为2.259E-4.808E-4s-1,该组工艺参数可使AZ31和AA5083塑性匹配、变形协调,得到底面圆角和拐角半径为5.1mm和9.4mm的方盒件;各工艺参数值是通过对方盒件的成形度来影响厚度分布的;AZ31镁合金成形后晶粒出现粗化现象,变形量最大处的晶粒尺寸较原始晶粒增幅约1.78倍,而较静态退火下增幅约67%,此现象认为是有变形诱发晶粒长大效应作用的结果。总厚度均为1.6mm等厚度的AA5083单双层板对比实验结果表明,双层板的塑性低于同厚度下的单层板,板间间隙起到关键影响。双金属方盒件的板间结合程度是衡量气胀-冷缩结合工艺性能的重要指标。为此通过有限元模拟和理论推导得出方盒件板间接触力大小:方盒件侧壁处的接触力模拟值范围约为321MPa,底部约为248MPa,理论估算值约为42.878MPa。针对冷缩阶段可能出现的失稳现象,推导得出直径为80mm的双金属筒形件中内层板凸起的临界压应力约为24.75MPa,而本课题方盒件的临界压应力约为84.76MPa。

关键词：双金属方盒件复合结构气压胀形冷缩结合失稳分析

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异型薄壁罐气压胀形数值模拟研究

异型薄壁罐气压胀形数值模拟研究

作者：张安阳浙江工业大学

学位级别：硕士

异型罐气压胀形是一种先进的加工技术，由于容易满足异型罐产品降低成本、减少工序、减轻重量和无残留胀形介质腐蚀等优点，异型罐气压胀形加工在近年来得到大力的发展和应用。本文详细介绍了胀形的机理及力学特点，深入阐述了板料数值... 详细信息

异型罐气压胀形是一种先进的加工技术，由于容易满足异型罐产品降低成本、减少工序、减轻重量和无残留胀形介质腐蚀等优点，异型罐气压胀形加工在近年来得到大力的发展和应用。本文详细介绍了胀形的机理及力学特点，深入阐述了板料数值模拟技术，总结出了适合异型罐气压胀形数值模拟技术的关键参数。采用板料成形仿真软件对异型罐的胀压成形过程做数值模拟，目的是为生产工艺参数设定和模具设计提供理论上的指导。本文主要在以下几个方面做了研究：1．通过理论公式计算和数值模拟相结合的方法，近似求取A、B两种罐型在T2BA、T2.5BA、T3和T4CA等四种材料情况下的胀压成形临界力，为生产选用经济适用的超高压设备提供理论依据;2．讨论罐体壁厚不同对胀压成形极限的影响;3．通过对五种与B型罐类似的异型罐做模拟，分析胀形系数不同对成形的影响;4．通过对三种与A型罐类似的异型罐做模拟分析，探讨了摩擦系数的变化对壁厚分布的影响;5．分析胀形载荷变化与胀形载荷加载速率变化对成形过程中褶皱的消除和壁厚分布的影响;6．对类B型罐T3材料的两种罐型，通过改变其上下凸肚连接处的过渡圆角半径的大小做模拟分析，总结模具的过渡圆角半径变化对壁厚分布的影响。

关键词：异型罐气压胀形数值模拟