2022年, 第29卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-28

  

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综合评述
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  锻压能耗分析及节能技术研究进展

  刘艳雄, 张怡俊, 纪开盛, 徐志成, 华林, 胡志力

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.001

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  锻压成形作为制造业不可或缺的加工方式,广泛应用于汽车、高铁、机械、家电、航空航天以及舰船等领域零部件的批量生产,但是该工艺耗能巨大,且间接造成严重环境污染,为满足我国提出的“碳中和”目标,亟需对锻压工艺进行节能优化。针对中小型金属锻压件的相关节能研究,对加工过程中的装炉加热、锻压成形和成形后热处理3个主要环节的能耗进行了归纳总结,并重点对作为最终能量需求的变形能进行了阐述;同时,针对主要耗能环节从加热炉和液压机等设备、重要成形工艺参数优化、能量回收利用以及生产调度4个方面综述了节能方法,以期为实现相关中小型锻压件的绿色制造提供指导。
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  金属塑性损伤力学模型研究进展

  贾东昇, 何涛, 霍元明, 高建烨, 李诗谦

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 11-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.002

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  针对金属塑性损伤力学模型进行综述,总结和介绍了连续介质损伤力学模型以及细观损伤力学模型各自的优缺点及应用范围,并简要概括了两种模型的区别。以韧性断裂准则为出发点,总结了包括Kachanov-Rabotnov模型、Bao-Wierzbicki模型以及GTN模型在内的各模型的发展历程,在此期间,应力三轴度和Lode角参数的引入对各模型的发展具有积极的推动作用。在显微观察及有限元仿真等技术的影响下,各模型得到了更加深入的研究。结果表明,连续介质损伤力学模型对微观塑性损伤的预测精度更高、应用范围更广,具有广阔的应用前景。
塑性成形技术与工艺
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  CAP1400波动管温弯工艺优化设计

  汪飞雪, 赵栋, 刘鹏举, 臧新良

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 18-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.003

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  通过拉伸实验得到316LN钢材在变形温度700、750、800和850℃,应变速率0.1、0.01和0.001 s^-1下的真应力-真应变曲线。结合拉伸卸载实验和材料微观组织观察,得到了316LN钢材在不同变形参数下的裂纹萌生时刻,并用数值模拟确定了316LN钢材裂纹萌生的损伤阈值。建立了波动管002段温弯有限元模型以及反映管道成形质量与主要弯制工艺参数(旋转模旋转角度、压模压下量、压模距离和偏心加工量)的BP神经网络模型。在此模型基础上利用遗传算法全局优化温弯成形工艺,最终得到最优工艺参数组合为:旋转模每次旋转角度6°,压模距离3000 mm,压模压下量1300 mm,偏心加工量3.2 mm。经过优化后的管道成形结果与原始工艺参数下的成形结果相比有明显提升。
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  双金属复合管液压成形

  袁林, 刘浩伟, 余志兵

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 26-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.004

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  基于弹塑性本构关系以及虚功原理等构建了用于复合管加工工艺分析的理论计算模型。通过与有限元分析结果对比,验证了该模型的有效性。针对典型双金属复合管,利用该模型探究了基管和衬管间初始间隙、基管屈服应力、基管和衬管的塑性各向异性以及轴端压力的影响。结果表明:初始间隙的增大降低了复合管的机械结合强度;提高基管屈服应力导致成形液压力上升和管间机械结合强度提高;基管的塑性各向异性参数越大,管间机械结合强度越高,衬管则相反;轴端压力增大使成形液压力和残余接触应力有所降低,管间机械结合强度降低趋势并不显著。
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  5A02铝合金管材内表面亮线缺陷产生原因和机理分析

  孙松, 杨纯梅, 张玉春, 李铁, 郑旭, 陈庆

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.005

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  采用了不同表面质量挤压针尖进行试制,并选取内表面有直线状擦伤的挤压管坯进行轧制、拉拔和碱洗等工艺处理,分析了5A02铝合金管材内表面亮线缺陷产生的原因和形成机理,并研究了挤压管坯内表面纵向擦伤缺陷在后序工序中的遗传效应。结果表明:挤压管坯内表面上明显的擦划伤和拉道等缺陷遗传性较强,是导致产生亮线缺陷的根本原因。蚀洗工艺对管坯内表面严重的擦伤缺陷无明显的改善效果,经过适当的轧制、拉拔等冷加工可以使管坯内表面擦伤缺陷在宏观上减淡,甚至消失;但从微观上看,填充区域内金属的连续性以及填充金属与基体金属之间的表面连续性较差。
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  离合器齿毂型轧中减薄率对回弹的影响

  方璇璇, 卢知渊, 申昱

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.006

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  针对离合器齿毂型轧中回弹现象明显和几何精度低的问题,以薄壁筒形件作为坯料,开展了离合器齿毂型轧工艺研究。分析了齿毂型轧工艺相关的运动规律、材料流动特性和受力特点。为研究减薄率对成形件回弹量的影响,对型轧后的离合器齿毂内外齿形尺寸进行测量,获得了回弹量沿齿毂高度方向的分布规律及减薄率对成形件回弹量的影响规律。结果表明:回弹量随着成形件高度的增加而增加,随减薄率的增加而减小;回弹是由壁厚减薄后残余应力引起的弯曲变形;随着减薄率的增大,成形件弯矩和回弹量减小。
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  固溶温度对2195铝锂合金板料成形性能的影响

  郑晖, 栾景旺, 孙凌崴, 赵天章

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 46-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.007

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  针对固溶温度对2195铝锂合金成形性能的影响展开研究。对T6态2195铝锂合金板材在500、510和520℃温度下进行10 min固溶处理,对固溶后的板料与未经固溶处理的原始板料均进行EBSD显微组织分析、室温拉伸试验、杯突试验和硬度测试,由此获得不同固溶温度下板料及原始板料的微观组织形貌、屈服强度、抗拉强度、屈强比、伸长率、IE值和硬度值。通过对比各项试验结果,综合分析了固溶温度对2195铝锂合金成形性能产生的影响。结果表明:2195铝锂合金板材在500、510和520℃温度下固溶10 min后晶粒长大、位错密度减小,使得合金形变容易、塑性和韧性增加。固溶后板料的屈服强度、抗拉强度和屈强比降低,伸长率和IE值增大,硬度值降低,且各项数据变化显著。由此可知,固溶处理大大提高了2195铝锂合金的成形性能,对于结构相对复杂的零件,可以采用固溶处理后成形的工艺方法。其中,500℃固溶下板料的各项数据更为优异,故500℃为提高2195铝锂合金板材成形性能的较优固溶温度。
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  基于Dynaform及响应面法的封头零件冲压成形及优化

  申晨彤, 龚红英, 尤晋, 刘尚保, 徐培全, 廖泽寰

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 54-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.008

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  以压力容器上封头零件为例,通过对零件成形工艺进行分析,以板料最大减薄率为优化目标,基于正交试验,结合灰色关联理论分析和响应面中心复合设计方法,利用Dynaform软件研究了压边力X₁、摩擦因数X₂、冲压速度X₃以及模具间隙X₄对封头零件成形质量的影响,得到最优工艺参数为压边力154.8 kN,摩擦因素0.15,模具间隙3.15 mm,冲压速度1000 mm·s^-1,此时最大减薄率为7.960%。使用超声波测厚仪测量实体零件不同侧壁位置处的实际减薄率,发现其模拟值与实际值误差分别为0.026%、0.109%和0.236%,结果表明,在工程允许范围内,有限元模拟具有一定可行性,采用该方案生产的实体零件与数值模拟得到的结果相差不大,零件成形质量良好,可进一步指导零件实际生产。
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  冲压速度对高温合金卡圈成形的影响

  陈建彬, 佐凯, 靳凯, 姬云峰, 李红, 陶悦

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 60-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.009

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  为了研究冲压速度对高温合金卡圈在高温下冲压成形的影响,基于ABQUES/Explicit有限元软件对GH4169高温合金卡圈热冲压过程进行数值模拟,对比分析了不同冲压速度下卡圈残余应力、等效塑性应变和厚度的变化,并与试验数据进行对比,验证了冲压有限元模拟的准确性。结果表明:在不同冲压速度下,卡圈的残余应力、应变以及厚度的变化趋势大致相同,均在卡圈曲率较大处出现应力增大、应变集中以及厚度减小的现象;当冲压速度为100 mm·s^-1时成形性较好,成形后板料厚度减薄量较小,与试验结果吻合较好。
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  工业级5083铝合金市域车车门正反胀超塑性成形工艺

  梁继业, 杜志豪, 林海朋, 王国峰

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 66-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.010

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  以工业级5083铝合金为研究对象,对市域车车门的铝合金外壁板的正反胀超塑性成形工艺进行了研究。对工业级5083铝合金在400~560℃,应变速率5×10^-4~5×10^-3 s^-1下的单轴拉伸试验进行了研究,结果表明:工业级5083铝合金具有较好的高温伸长率,在480℃和10^-3 s^-1条件下,最大伸长率为242%。基于高温拉伸得到的应力-应变曲线,构建了5083铝合金超塑性成形本构模型。设计了带嵌环的正反胀超塑成形凸模和凹模,通过嵌环与凸模或凹模的配合,可以实现一套模具完成左、右两侧车门的正反胀超塑成形。利用MSC.MARC软件对市域车左侧车门外壁板的正反胀超塑成形工艺进行有限元分析,选择合适的正反胀时间和压力,最薄部位位于窄侧把手与门框之间,最小厚度为2.56 mm。最后进行了左侧车门外壁板的正反胀超塑成形试验,成功地制造了表面质量良好、型面精度满足要求的左侧车门外壁板。外壁板最小厚度2.69 mm,最大减薄率为32.75%,出现在窄侧把手与门框相接位置,与模拟结果相一致。
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  7005高强铝合金胀形性能

  王苏静, 邓沛然, 宣守强, 徐辉, 种习文, 杨尚磊

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 73-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.011

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  基于H1F60小松伺服冲压成形测试系统,对7005高强铝合金加热状态下的胀形性能进行了研究。试验前用Dynaform软件进行了有限元模拟,得到了板料在不同工艺条件下的杯突值IE。结果表明:当压边力在15~25 kN变化时,IE值先增大后减小,压边力在15 kN时,IE值达到3.611 mm,增加了49%;当冲压速度在5~28 mm·s^-1变化时,IE值先增后减,当冲压速度为16 mm·s^-1时,IE值达到3.649 mm,提高了3.8%。基于不同初始温度的试件进行了热胀形试验,将试验结果和数值模拟结果进行对比分析,两者存在一定的差异,但变化趋势相同,可以发现,温度对成形极限曲线影响较大,随着板料初始温度的升高,成形极限曲线右移,表明板料塑性成形性能显著增强。
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  脉冲电流对1.5 GPa级低碳钢V形弯曲回弹的影响

  范豇宇, 洪勇, 李瑞鑫, 张晓超, 吕知清

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 79-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.012

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  利用金属材料的电致塑性效应,以1.5 GPa级高强度钢为研究对象,在板材V形弯曲成形过程中引入脉冲电流,分析模具结构及电辅助弯曲工艺对V形弯曲回弹的影响。结果表明:脉冲电流对1.5 GPa级高强度钢板的V形弯曲回弹起到了明显抑制作用,回弹角大幅度降低,并且电流沿板料长度方向施加比沿厚度方向施加作用更显著。弯曲后保持通电的比先通电保持后弯曲能更好地抑制回弹的产生。随着电流密度、通电时间以及频率的增加,回弹角逐渐减小;经过脉冲电流成形后,板料表面质量良好,回弹减小,其变形区硬度有所提高。
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  脉冲电流对TA1工业纯钛板弯曲成形性能的影响

  李辰, 朱岩, 林鹏

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 87-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.013

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  通过电辅助V形弯曲实验,研究了TA1工业纯钛板在不同有效电流密度下的变形规律,及脉冲电流对试样温度分布与微观组织演变的作用机理。研究结果表明,TA1板的热稳定温度随有效电流密度的增大而增加。当有效电流密度从1.2 A·mm^-2增大到2.8 A·mm^-2时,试样热稳定温度从180℃逐渐升高到490℃。TA1板在脉冲电流辅助作用下,弯曲回弹现象能够显著缓解,且有效电流密度越大,弯曲回弹越小。当有效电流为2.8 A·mm^-2,试样温度保持在490℃时,TA1板弯曲圆角部位内层、中间及外层均无孪晶产生,拉压不对称性最弱,中性层偏移系数最小,弯曲回弹完全消除。
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  不同工艺参数对整体式自润滑关节轴承旋压装配成形的影响

  曹晓彬, 华希俊, 平国峰, 彭锐, 纪星, 朱伟, 陈亚林

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 94-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.014

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  针对整体式自润滑关节轴承传统挤压装配中出现的成形过程不可控和衬垫易损伤问题,为了提升成品率,研究了一种三轮旋压装配成形工艺过程,分析了不同工艺参数在装配成形中的影响规律并确定合适的参数,以便后期快速设置和确定优化方案。利用ABAQUS有限元软件对旋压装配成形过程进行模拟,分析了不同旋压行程下外圈成形及衬垫受压状态以及不同工艺参数下外圈应力应变和旋压力变化规律。结果表明:旋压可以成功对整体式自润滑关节轴承进行装配成形,当旋压行程在8.91~9.31 mm范围内,衬垫与内圈外表面贴合良好,未产生过压;当进给率为0.27 mm·r^-1、摩擦因数为0.30、旋轮外廓半径为91 mm时,应力和旋压力变化幅度最小,此时外圈成形均匀,衬垫损伤小,成形质量最佳。
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  基于遗传算法优化BP神经网络的内螺纹冷挤压质量预测

  侯红玲, 陈鑫, 常向龙, 王艳茹, 赵永强, 周俊

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 102-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.015

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  为了预测不同工艺参数下的挤压扭矩、挤压温度及螺纹成形质量,基于MATLAB搭建了BP-GA神经网络预测模型,利用遗传算法对BP神经网络权值和阈值进行优化,使预测结果更加精确。结果表明:BP-GA神经网络预测模型对内螺纹冷挤压过程中的挤压扭矩、温度和牙高率的预测精度较高,挤压扭矩的试验值与预测值误差为10%~15%,挤压温度的试验值与预测值变化趋势一致,牙高率的试验值与预测值误差小于5%。该方法能够实现对内螺纹冷挤压过程中主要参数的预测,有效提高内螺纹挤压质量,降低实际加工成本。
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  基于正交试验的U型铜材模具参数优化

  马旭东, 赵颖, 刘元文, 运新兵, 裴久杨, 易飞

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 110-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.016

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  研究了进料口高度h、U型型腔倾斜角α、倾斜角β、倾斜角θ和马蹄形型腔底角γ对模具出口处的流速均方差产生的影响。采用HyperXtrude模拟软件对不同型腔参数的U型模具进行连续挤压数值模拟,得到挤压过程中U型铜带的速度分布规律。结果表明,金属在型腔中的流速是不均匀的,速度最大值出现在U型带两端的中部,最小值出现在U型圆弧部位。设计正交试验,得出各因素对流速均方差影响的先后顺序为:β>α>θ>h>γ,U型铜带模具结构的最佳优化方案为h=85 mm,α=24°,β=14°,θ=8°,γ=77°。对U型铜带进行连续挤压工艺试验,获得了合格产品,确定了优化后的型腔结构使挤压出的产品流速分布更加均匀。
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  基于关节机器人的电弧熔丝焊锻复合增材再制造热锻模修复

  洪小英, 肖贵乾

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 119-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.017

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  为了降低失效热锻模修复成本、提高修复效率,基于ABB工业关节机器人,开发了电孤熔丝焊锻复合增材再制造算法和装备,并用曲轴热锻模具进行再制造修复,以验证算法和装备的有效性。首先,提出增材制造目标模型的分层切片、截面复合填充算法;随后,提出满足增材再制造工艺所需的关节机器人TCP姿态控制算法,以达到控制焊枪与焊接路径夹角的目的,从而提高焊接成形质量;最后,选用失效曲轴热锻模进行了修复实验。结果表明,相较于人工修复,采用该工艺可大幅节约焊接材料并显著降低修复时间。人工修复和自动修复后的热锻模在相同条件下服役后,自动修复的热锻模表面光滑,微裂纹和塌陷缺陷少,比人工修复的热锻模具有更好的表面形貌,模具服役寿命得到显著提高。
材料性能与变形理论
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  拉伸比对2A16铝合金板材双向拉伸性能的影响

  江培成, 郎利辉, 邱超斌, 陈杨锴, 矫志辉, 李奎, 陈林

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 126-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.018

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  为获取2A16铝合金板料在复杂加载条件下的材料性能,设计了一种臂上开缝、中心带槽的十字形试样并开展双向拉伸试验,研究了2A16铝合金板材在双向加载时的材料力学性能。建立有限元分析模型,基于ABAQUS软件对十字形试样的双向拉伸过程进行数值模拟。同时,利用板材双向拉伸试验机在X、Y两轴拉伸比分别为3∶3、3∶2、3∶1、1∶3和2∶3共5组条件下开展双向拉伸试验,并采用光学数字化散斑技术测量应变值。结果表明,数值模拟与试验有较好的一致性,改变两轴拉伸比对试样破裂位置及应变值具有显著影响,最终得到2A16铝合金板材在5组双向拉伸比下的真实应力-应变曲线,其在双向等拉时屈服应力值最高,且不同拉伸比下最大真实应变值差别较明显。
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  Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr稀土镁合金多道次挤压微观组织演变与力学性能

  穆崇礼, 徐健, 杨亚琴, 刘芸芳, 赵毅慧, 张治民

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 133-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.019

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  为探究异形箱体在成形过程中加热次数对材料的影响,以Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr大塑性变形稀土镁合金为原料,进行杯形件单道次和等温多道次成形试验,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪和万能材料试验机等检测手段分析各个变形过程中合金微观组织和力学性能的变化。结果表明:经过单道次成形的杯形件晶粒尺寸较小且LPSO相分布均匀,对位错运动起到了较强的阻碍作用。且该合金的极限抗拉强度、拉伸屈服强度及伸长率都达到最大值,分别为272.64 MPa、160.03 MPa和8.3%,综合力学性能较高。
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  TC4钛合金超塑成形流变行为

  杨俊宙, 吴建军

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 140-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.020

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  针对TC4钛合金超塑成形过程中的流变行为、表征及其应用进行了研究。首先,通过恒应变率高温拉伸试验获得TC4钛合金在高温下的流变行为,发现动态回复主要作用于低应变率的变形,动态再结晶主要作用于高应变率下的应力软化机制。此外,建立一套修正的本构模型用以表征材料的高温流变行为,预测值与试验值之间的平均相对误差为13.09%,证实该本构模型适应于表征钛合金超塑成形的应力-应变关系。最后,基于本构模型,结合ABAQUS有限元软件的CREEP蠕变子程序,考虑应变补偿的影响,开发了一种针对TC4钛合金高温超塑行为数值模拟的方法。以高温拉伸试验为研究对象,分别针对数值模拟应变率、应力和应变结果进行分析,验证了该方法的有效性。
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  Fe-Mn-Al-C系低密度钢拉伸变形行为

  孙建, 黄贞益

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 147-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.021

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  通过OM、XRD、SEM和TEM等手段对3种不同成分和不同微观组织的Fe-Mn-Al-C系低密度钢拉伸变形行为进行了研究。结果表明,实验条件下,热轧态γ+k+α、γ+α和单相奥氏体γ低密度钢均呈现出韧性断裂特征,单相奥氏体低密度钢塑性最优,其伸长率为25%。由于双相γ+α低密度钢变形时应变分布的不均匀性,导致其综合性能稍弱于三相γ+k+α和单相奥氏体γ低密度钢,其中γ+k+α低密度钢综合性能最优,强塑积为23.3 GPa·%。γ+k+α低密度钢在拉伸变形后的组织中形变孪晶数量增多,孪晶作为一种亚晶界会阻碍位错运动,起到晶界强化的作用。同时,随着孪晶数增多,位错向着有利于滑移变形的方向运动,协调塑性变形,进而提高实验钢的强韧性。实验钢经拉伸变形后,微观组织中存在大量位错,位错之间相互缠结和交割,起到位错强化作用。
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  工具锥角对膨胀套管环向残余应力的影响

  张建兵, 孔德涛, 蒋成银, 王海英, 王浩博, 张世虎, 王倩

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 155-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.022

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  为了研究膨胀工具锥角对套管膨胀后环向残余应力分布的影响,采用有限元分析方法对常见的5°~11°锥角下Φ139.7 mm×8.5 mm的套管膨胀过程进行了非线性数值分析,得到不同锥角下整个套管膨胀后环向残余应力在套管轴向、周向和壁厚方向的分布规律。结果表明,套管膨胀后环向残余应力在套管轴向和圆周方向上分布不均匀,其数值呈波动趋势,波动幅度可达100 MPa左右,且波动幅度随工具锥角的增大而减小。无论膨胀工具锥角如何变化,套管内壁至套管厚度中间的单元层始终受到残余拉应力,套管外壁及靠近外壁的单元层始终受到残余压应力,残余拉应力和残余压应力在壁厚厚度上所占比例分别约为75%和25%,且残余拉应力最大值位于套管壁厚中间部位,残余压应力最大值位于套管外壁。锥角变化对环向残余应力的大小有一定影响,当锥角从5°增加到11°时,残余拉应力和压应力最大值均上升,增加幅度分别约为套管材料屈服强度的3.4%和5.1%。
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  热轧温度波动对冷轧变形抗力的影响模型

  魏宝民, 王孝建, 崔熙颖, 白振华

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 162-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.023

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  针对热轧过程中温度波动生产的带钢在冷轧过程变形抗力变化的问题,将变形抗力分为初始变形抗力和加工硬化量两个部分,建立变形抗力初始模型。将终轧温差、卷取温差、由温差引起的加工硬化量的变化量、标准热轧终轧温度、实际热轧终轧温度、标准热轧卷取温度以及实际热轧卷取温度等因素考虑在内,以多项式函数建立起热轧温度特性波动对冷轧变形抗力影响模型。结合压扁半径的轧制压力模型,建立优化目标函数,利用Powell优化算法通过大量现场生产数据反算出相关特征系数,最终得到冷轧来料的变形抗力。以此为理论依据,开发出轧制压力预报模型,将此研究其应用于某1420机组的生产实践,变形抗力计算值更加精确,成品带钢板形得到良好控制。
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  X90高强管线钢应变时效行为及敏感时间研究

  杨军, 毕宗岳, 王雪怡, 牛辉

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 167-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.024

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  利用OM、SEM、TEM、拉伸试验和低温冲击试验对应变时效处理前后X90高强管线钢的微观组织特征、冲击断口形貌、拉伸性能、低温冲击性能以及应变时效行为进行了分析研究。结果表明,X90高强管线钢对于应变时效作用较敏感,当时效温度≥200℃时,在保证防腐质量的前提下应缩短防腐时效时间(<15 min)或采用其他更先进防腐方法可减弱时效作用的影响。随时效温度升高和时效时间延长,X90高强管线钢屈服强度、抗拉强度、屈强比、均匀伸长率总体呈现增大趋势,而断裂应变、低温冲击吸收总功、裂纹形成功和裂纹扩展功总体呈现减小趋势。时效处理前后显微组织无明显差异,均为针状铁素体+多边形铁素体+板条贝氏体+M-A组元组成的复相组织,但随时效温度升高和时效时间延长,组织中有颗粒状析出。
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  基于XFEM的复杂应力状态下疲劳裂纹扩展分析

  墨馨遥, 薛凤梅, 刘毅, 焦泽瑞

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 177-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.025

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  以AZ31镁合金为研究对象,基于扩展有限元方法,对板件上0°、80°和90°这3种不同角度裂纹在9种不同应力状态交替载荷作用下的扩展形态进行数值模拟分析。结果表明,不同应力状态交替载荷作用下,相同角度的疲劳裂纹扩展形态不同;相同应力状态交替载荷作用下,不同角度的疲劳裂纹扩展形态也不同;疲劳裂纹在受到交替拉应力作用时更容易发生扩展,裂纹扩展的方向与垂直于初始裂纹的拉伸分应力有关,裂纹一般为张开型/I型;在受到交替压应力和剪应力作用时,裂纹一般为滑移型/II型;裂纹完全开裂时,疲劳裂纹的长度与循环次数成正比。
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  钛合金粉末压制Drucker-Prager-Cap本构模型参数逆向识别

  彭超, 李佳琪, 刘维, 黄尚宇

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 183-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.026

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  针对钛合金粉末压制成形,建立了Drucker-Prager-Cap本构模型参数的逆向识别流程。该流程结合模压实验,采用单纯算法,以数值模拟和模压实验的载荷-位移曲线差值最小化为目标函数。通过对传统实验和逆向识别两种方法进行比较验证,结果表明,经过逆向识别计算,目标函数值为0.0448。逆向识别有限元分析得到的最大压制力为36.18 kN,与模压实验值35.31 kN对比,误差为2.46%。且粉末的相对密度分布与实验结果基本一致,说明通过Drucker-Prager-Cap本构模型参数的逆向识别可以建立较为准确的本构模型。
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  PVD态TC17钛合金压缩实验方法及流动应力-应变曲线测定

  梁小春, 鲁世强, 王克鲁, 黄浩, 王敏涓, 李虎, 解川, 江丰建聪

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 191-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.027

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  由于PVD态钛合金难于获得常规压缩试样所需的尺寸,因而无法直接采用传统压缩实验方法来获得PVD态钛合金流动应力-应变曲线。为解决此难题,设计了一种针对PVD态TC17钛合金的特殊压缩试样。利用该特殊压缩试样,提出了PVD态TC17钛合金流动应力-应变曲线的测定方法,并利用该方法在热模拟试验机上对特殊压缩试样进行等温恒应变速率压缩实验,测出PVD态TC17钛合金在应变速率为0.001 s^-1,变形温度为650、750和850℃时的流动应力-应变曲线。该特殊压缩实验方法和流动应力-应变曲线测定方法可推广到其它薄膜材料。
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  基于圆环镦粗法的TC4钛合金热成形摩擦因数测定

  肖良红, 陆东, 艾自祯, 汪宇

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 196-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.028

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  为了准确测定玻璃润滑涂层的摩擦因数,通过分析圆环镦粗变形理论,修改传统DEFORM-3D有限元模型并完成TC4钛合金圆环镦粗正交数值模拟,得到3种摩擦因数标定曲线。对比分析了理论解析、传统有限元模型和改进有限元模型数值模拟所得3种摩擦因数标定曲线的差异性和分散度。研究了坯料温度、模具温度、镦粗速度和热传导系数工艺参数对摩擦因数标定曲线的影响。采用圆环镦粗实验,结合改进模型摩擦因数标定曲线测定了TC4钛合金在不同摩擦条件下的摩擦因数。结果表明:3种摩擦因数标定曲线存在明显差异,改进模型数值模拟所得标定曲线有较好的分散度;镦粗速度对摩擦因数标定曲线的影响最大,其他依次是坯料温度、热传导系数和模具温度。TC4钛合金圆环在坯料温度950℃、模具温度400℃和镦粗速度5 mm·s^-1条件下镦粗时,干摩擦、自制玻璃涂层和Ti-1玻璃涂层润滑的摩擦因数分别为0.64、0.23和0.20。改进模型摩擦因数标定曲线充分考虑了成形工艺参数的影响,更接近TC4钛合金热成形实际过程,通过圆环镦粗实验验证了改进模型模拟结果的准确性和可靠性。
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  高铁道岔垫板矫正量计算方法

  翟华, 吴元浩

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 204-209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.029

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  针对高铁道岔垫板因焊接应力产生弯曲变形的矫正工艺,采用弹塑性力学理论分析方法,研究了矫正过程中弹性变形、弹塑性变形以及卸载等3个阶段载荷与弯曲挠度关系,提出一种高铁道岔垫板矫正量计算方法。通过有限元软件模拟了垫板在不同载荷条件下弯曲挠度的变化,并进行了矫正实验。结果表明,模拟结果与理论计算结果的误差小于6.54%;根据矫正量计算方法、有限元模拟和矫正实验所得的载荷-挠度曲线一致性良好,表明该计算方法的正确性和可靠性。
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  搅拌摩擦加工对选区激光熔化AlSi10Mg合金纳米力学行为的影响

  王晨曦, 王快社, 王文, 乔柯

  塑性工程学报. 2022, 29(1): 210-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2022.01.030

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  使用搅拌摩擦加工(FSP)技术对选区激光熔化制备的AlSi10Mg合金进行表面改性,采用循环纳米压痕技术研究了循环载荷下FSP对材料的纳米力学行为的影响。结果表明,FSP可以显著改善SLM-AlSi10Mg合金的组织均匀性,使得晶粒转变为更为细小的等轴晶晶粒,降低其弹性模量和接触硬度。随着循环次数的增加,材料的接触硬度不断降低,但弹性模量基本不变,主要是由于尺度效应引起的。与BM试样相比,FSP试样的塑性抗力H_T显著降低,在循环过程中塑性应变能普遍偏高。FSP试样的滞后回线面积和塑性变形区远大于BM试样,进一步表明FSP可以改善材料的塑性。