Finite element modeling of microstructural changes in dry and cryogenic machining of AZ31B magnesium alloy

Unsatisfactory corrosion resistance is one of the major disadvantages of magnesium alloys that impede their wide application. Microstructural changes, especially grain sizes, of Mg alloys have significant influence on their corrosion resistance. Cryogenic machining was reported to effectively induce grain refinement on Mg alloys and has a potential to improve their corrosion resistance. It is important to model these changes so that proper machining conditions can be found to enhance the corrosion rate of Mg alloys. In this paper, a preliminary study was conducted to model the microstructural changes of AZ31B Mg alloy during dry and cryogenic machining using the finite element (FE) method and a user subroutine based on the dynamic recrystallization (DRX) mechanism of Mg alloys. Good agreement in terms of grain size and affected layer thickness was found between experimental and predicted results. A numerical study was conducted using this model to investigate the influence of rake angle on microstructural changes after cryogenic machining.     

The effect of pitting corrosion on split sleeve cold hole expanded,bare 7075-T651 aluminium alloy

As part of an aircraft fleet fatigue life improvement program, investigation has been carried out into the effect pitting corrosion has on bare 7075-T651 which had undergone split sleeve cold hole expansion. Constant amplitude sinusoidal loading was applied to fatigue test coupons which had pitting corrosion induced upon them by a modified cyclic immersion process using a 3.5% NaCl solution. A pit depth of 39–58 μm was found to significantly reduce the increased fatigue life gains achieved by carrying out cold hole expansion. At 137.9 MPa fatigue life was reduced from achieving run out of ten million cycles to an average 371 × 10³ cycles, while at 165.5 MPa average fatigue life was reduced from 810 × 10³ to 65 × 10³ cycles. The fracture surfaces were analysed under a scanning electron microscope where each displayed an individual crack initiation site located on the material surface within the zone of residual circumferential stress.     

预腐蚀条件下不同孔数冷挤压强化7075-T6铝合金板件疲劳寿命退化规律

目的 研究腐蚀环境下单孔和多孔冷挤压强化铝合金板件的疲劳寿命退化规律和损伤机理。方法 针对2种不同孔距的三孔冷挤压强化7075-T6铝合金板件,采用模拟热带海洋大气环境的实验室加速腐蚀谱,开展不同腐蚀时间下的预腐蚀疲劳试验。结果 获得了3倍孔距的三孔挤压强化铝板以及单孔挤压强化铝板的C(t)曲线、疲劳S-N曲线和损伤形貌特征,分析了腐蚀后挤压强化试件的腐蚀机理及挤压强化作用。同时,将不同孔数试件的试验结果进行比较,探明了孔数对挤压强化铝板腐蚀和疲劳性能的影响。结论 腐蚀后挤压强化铝合金板件的疲劳性能发生显著退化,腐蚀损伤主要为剥蚀,疲劳裂纹萌生位置由孔边转移至表面。挤压孔数量对挤压强化铝合金板件的疲劳和腐蚀疲劳性能的影响较小。     

2297-T87铝锂合金用于大气腐蚀性的比较

目的利用铝锂合金的大气腐蚀试验结果评价大气腐蚀性。方法对第三代铝锂合金2297-T87在6个自然环境试验站户外暴露后的腐蚀质量损失、腐蚀速率、腐蚀深度、拉伸性能进行分析,综合评价各地区大气腐蚀性。结果2297-T87铝锂合金在团岛、万宁、永兴岛暴露1年后出现显著腐蚀,腐蚀质量损失和腐蚀速率约为江津的2倍、西双版纳的4倍,北京的腐蚀质量损失和腐蚀速率最低。合金最大腐蚀深度的变化趋势与腐蚀质量损失和腐蚀速率的变化趋势一致。观察横截面发现,在万宁、永兴岛、江津暴露后,合金发生严重的点蚀,在腐蚀产物覆盖区域下方形成不规则蚀坑,而在团岛暴露后,合金内部发生晶间腐蚀。合金在江津、永兴岛、万宁、团岛暴露后的拉伸性能仍比较接近,且拉伸强度保持率在90%以上。结论将2297-T87铝锂合金暴露1年后的腐蚀质量损失、腐蚀速率、腐蚀深度作为表征指标,获得各试验站的大气腐蚀性顺序为:北京<西双版纳<江津<永兴岛<万宁<团岛。     

7075铝合金板自然环境太阳辐射热效应及影响因素分析

目的 研究典型金属材料在自然太阳辐射环境下的热效应,并分析试验件属性及环境参数等不同因素对材料热效应的影响规律。方法 通过设计自然环境下太阳辐射热效应试验方案,分析涂层颜色、粗糙度等对7075铝合金材料太阳辐射热效应的影响,建立一种太阳辐射环境下稳态温度的计算算法。结果 获取了在9月前后20 d内的外场辐照度及10组试验件的温度测量数据,得到了涂层颜色、粗糙度等对材料热效应的影响规律。此外,建立的简化算法和试验数据误差在5%以内,具有精度高、形式简单等优势,可以应用于给定辐照强度下典型材料热效应的预测。结论 针对特定试验件,辐照度和风速是影响其热效应的主要因素。当辐照强度在较高的范围内变化时,试验件温升基本和辐照度成正比。随着自然环境风速的增加,试验件温度的下降幅度减小。     

7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应

目的 研究不同厚度的7050-T7451铝合金板材疲劳性能表现出的厚度效应。方法 试验件从3种厚度规格(75、150、203mm)板材的不同厚度位置取样,采用成组试验法进行3级应力–疲劳试验。分析试验数据,发现并总结材料疲劳性能随板材厚度及取样厚度位置变化的演化规律。结果 所有厚度规格板材的表面层材料的疲劳性能均为最优,且不同厚度规格板材表面层材料的疲劳性能差异较小。当板材的厚度较薄(75 mm)时,随着取样厚度位置变化,材料的疲劳性能差异较小;当板材的厚度较厚(150、203 mm)时,从表面层到中心层的材料疲劳性能呈非线性变化趋势,先变弱、后增强,疲劳寿命10⁵循环对应的最大应力降低幅度最大为21%左右。随着板材厚度的增加,疲劳性能最差的厚度层材料,疲劳寿命10⁵循环对应的最大应力降低了20%左右。结论 随着板材的厚度增加,7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应变得越来越强,即疲劳性能在厚度方向的不均匀性越来越明显。工程师应在工程设计中考虑7050-T7451铝合金疲劳性能厚度效应对结构疲劳强度的影响。     

2024-T62铝合金薄板长裂纹腐蚀扩展研究

通过变化应力比、预腐蚀时间、试验环境,开展2024-T62铝合金薄板长裂纹扩展试验。对试验结果进行处理与分析,给出腐蚀环境下2024-T62铝合金裂纹扩展Paris公式或Walker公式的材料常数,确定上述变化因素对2024-T62铝合金薄板长裂纹扩展速率的影响规律。     

离心状态下吊篮系统有限元模拟

目的研究吊篮在离心载荷下的力学行为,尤其是强度和刚度性能。方法通过精细化模拟吊篮系统各部件间的接触关系,在对某离心机吊篮初始设计方案进行模拟分析的基础上,开展吊篮的强度性能研究,对吊篮结构的整体布局、主要部件强度考核和降低局部应力集中等多方面开展计算分析。结果在指定工况下吊耳与配重板之间的局部接触导致的应力集中,致使安全系数达不到强度要求。结论提出改进措施,改进设计后的吊篮结构强度得到了较大的提高,满足吊篮设计的强度要求。     

不同表面状态2024-T3铝合金腐蚀行为及DFR退化规律

目的研究阳极氧化膜破损的航空铝合金试件在实验室加速腐蚀条件下的腐蚀行为和疲劳性能退化规律,并和阳极氧化膜完好的试件进行对比。方法以不同表面状态的2024-T3铝合金试件为研究对象,进行不同时长的实验室加速腐蚀试验和与加速腐蚀后的DFR试验。通过观察腐蚀形貌,测量腐蚀坑深度和孔蚀率来观测腐蚀行为,通过计算腐蚀后的DFR来研究DFR退化规律。结果阳极氧化膜完好、破损的2024-T3铝合金试件分别在加速腐蚀180、36 h后出现点蚀坑,平均点蚀坑深度与加速腐蚀时间符合幂函数关系。试件在实验室加速腐蚀条件下,DFR的退化规律符合指数函数关系。结论与阳极氧化膜完好试件相比,阳极氧化膜破损会导致2024-T3铝合金试件的耐腐蚀性降低,加速试件疲劳性能退化的速率。     

2024-T62铝合金涂层外场腐蚀环境下电化学性能研究

目的评估自然暴露条件下涂层的耐蚀性能。方法选取西沙热带海洋环境作为自然暴晒场,开展2024-T62铝合金涂层(N1和N2)在湿热暴露、紫外照射、盐雾等综合腐蚀环境下的外场暴晒试验,利用电化学测试方法对暴晒后涂层在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的耐蚀性能进行研究。结果铝合金涂层外场暴晒试验后,电化学阻抗值下降,综合腐蚀环境具有显明的加速作用。随着在3.5%Na Cl溶液的浸泡时间增加,C_(coat)-T值不断增大,Rcoat值不断减小。结论 N1铝合金涂层暴晒件电化学阻抗值较高,具有较强的耐蚀性能。     

6A01-T5铝合金/304不锈钢的缝隙腐蚀行为研究

目的 研究6A01-T5铝合金和304不锈钢异种金属间的缝隙腐蚀行为规律。方法 采用常温常压浸泡腐蚀方法,结合SEM、EDS、XRD和白光干涉检测,对6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙结构在碱性Na Cl溶液中的腐蚀行为进行研究。结果 6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙腐蚀表现为在缝口处产生沿缝口方向的凹陷渠,在缝内,以局部减薄和腐蚀坑为主,并随着腐蚀时间的延长,腐蚀程度逐渐加重。不同区域腐蚀产物的形貌和成分组成不尽相同,缝外暴露区的腐蚀产物表现为晶体颗粒状,主要成分为Ca CO3和Al(OH)3等铝的腐蚀产物。缝口附近沿缝口方向形成一层有明显界线的腐蚀产物覆盖层,缝隙内部的腐蚀产物相对较少,表现为尺寸相对较小的结块,主要成分为Al(OH)3等铝的腐蚀产物。结论 在6A01-T5铝合金与304不锈钢非电连接情况下,6A01-T5铝合金/304不锈钢缝隙内2种金属分别独立发生缝隙腐蚀,因2种金属在腐蚀过程中争夺O2,使得304不锈钢对6A01-T5铝合金的缝隙腐蚀起到抑制作用。     

基于DFR的2024-T3铝合金当量加速关系试验研究

目的 提出以反映结构材料疲劳性能的DFR为表征参量,研究建立2024-T3铝合金结构在大气自然环境预腐蚀与实验室加速试验预腐蚀后的DFR关系,为腐蚀环境下飞机铝合金结构的疲劳寿命设计提供方法。方法 以2024-T3铝合金试验件为研究对象,分别开展典型海洋大气环境自然暴露腐蚀后的DFR试验以及实验室加速腐蚀试验后的DFR试验,以DFR相等为条件,建立上述2种不同预腐蚀条件之间的DFR当量加速关系。结果 2024-T3铝合金在自然暴露预腐蚀环境与实验室加速预腐蚀后的DFR值随腐蚀时间的增加均有不同程度的下降,万宁和青岛的DFR当量加速值分别为0.642 1、0.701 2 a/d。结论 基于DFR的当量加速关系综合反映了预腐蚀对结构材料疲劳性能退化的影响,而DFR是飞机结构疲劳设计的基本参量,文中建立的当量加速关系可用于指导腐蚀环境下铝合金的疲劳寿命设计分析。     

海洋环境下ZL115-T5铸铝合金/C41500海军黄铜腐蚀行为研究

目的研究海军某型装备壳体结构材料在海洋环境下的腐蚀行为及规律。方法根据折算出的实验室加速腐蚀试验环境谱,开展了ZL115-T5铸铝合金试验件、ZL115-T5铸铝合金/C41500海军黄铜接触试验件、模拟实际涂抹黄油试验件以及模拟维护涂抹缓蚀剂试验件的实验室加速腐蚀试验。结果得到了该型铝合金在不同服役年限及服役状态下的腐蚀形貌、质量、平均腐蚀深度以及腐蚀损伤度变化规律。结论该型合金在不同服役状态下的腐蚀行为呈现差异化,ZL115-T5铸铝合金与C41500海军黄铜偶合接触会加速铸铝合金的腐蚀,黄油能够在一定程度上抑制电偶腐蚀,但效果并不明显。缓蚀剂能够延缓海洋环境下ZL115-T5铸铝合金腐蚀,其中THFS-10软膜缓蚀剂以及THFS-15长效硬膜缓蚀剂效果较好。     

边界元法在填埋场气体运移数值模拟中的应用

基于多孔介质流体动力学理论和边界元法原理,构建了填埋气运移边界元数值模型,进行填埋场内部填理气的运动规律研究;通过与理想条件下的解析解对比分析,检验了该边界元数值模型方法本身;进行了垂直抽气井设施的填埋场实例气体运动数值模拟,得到了填埋场内部填埋气体的压力分布情况,由此确定了集气井的影响范围.模型精度分析和模型验证结果表明,该模型与解析解的平均相对误差在3%以下,与实测数据的平均相对误差均在10%左右,具有较高的精度;抽气井模拟结果表明,该模型可应用于填埋场气体运移的模拟预测和现场分析,能够为填埋场释放气体控制系统设计和优化提供理论依据.     

列宁建国方略的历史演变与当代启示

列宁是第一个社会主义国家的缔造者,也是第一个领导社会主义建设的实践者。在起点落后的苏俄如何跨越资本主义的卡夫丁峡谷,实现社会主义从世界革命到一国建设实践转折的历史场景中,列宁的建国方略经历了一个不断调整的过程:经济建设,从进攻到退却;政治建设,从一切权力归苏维埃到一切权力归党中央再到党同苏维埃合理分工;文化建设,从破到立再到建的文化革命。虽然列宁时代距今已过百年,但其中蕴含的真理性仍对当下新时代中国特色社会主义建设有着重要启发意义。     

2024-T3铝合金单搭接化铣板疲劳特性及失效机理

目的 研究2024-T3铝合金单搭接化铣板的疲劳性能及失效形式。方法 采用步进法对化铣板搭接件进行疲劳试验,运用奈尔检验法对疲劳强度进行数据处理,运用扫描电子显微镜和能谱分析对典型疲劳断口进行观察和成分分析,对比基板厚度和铆钉孔径对化铣板搭接件疲劳强度的影响,分析并探讨2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式及机理。结果 基板厚度对2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳强度影响较大,而铆钉孔径影响较小。随着基板厚度的增加,化铣板搭接件的疲劳强度呈现出降低的趋势,对2种铆钉孔径(3、4 mm),厚度为1.8 mm化铣板搭接件的疲劳强度较厚度为0.6 mm的试样分别降低了13.2%和13.0%。基板厚度增加使铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式从上基板铆钉头部失效变为下基板纽扣处失效,并最终表现为铆钉断裂失效。结论 随着基板厚度增加,搭接件微动磨损加剧,加速了疲劳裂纹萌生,这是造成2024-T3铝合金化铣板搭接件疲劳强度显著降低的主要原因。     

7B04-T6铝合金新型纳米涂层外场腐蚀环境下电化学性能研究

目的评估自然暴露环境下新型纳米涂层的耐蚀性能。方法选取西沙永兴岛海洋环境作为自然暴晒场,对试验件做预损伤处理后,开展7B04-T6铝合金/新型纳米涂层与天津灯塔涂料股份有限公司典型防腐涂层在高盐雾、高湿热、强太阳辐射等综合腐蚀环境下的外场暴露试验,利用电化学阻抗技术对暴晒前后的两类涂层试样在3.5%NaCl溶液中浸泡不同时间的耐蚀性能进行对比研究。结果两类涂层外场暴露试验后,电化学阻抗值下降,且随着在3.5%NaCl溶液中浸泡时间的增加,Rp值不断减小,CPE-T值不断增大。结论新型纳米涂层在外场暴露试验1年后,并未发生腐蚀损伤失效,仍具有较好的耐盐水性,但其耐候性差于天津灯塔涂料股份有限公司试验涂层。     

Distinct element modeling of laser assisted milling of silicon nitride ceramics

Laser assisted milling (LAMill) of ceramics shows some complicated characteristics such as discontinuous chips, crack formation, propagation and coalescence. In this paper, numerical simulation is conducted to explore the machining mechanism of LAMill. The distinct element method (or discrete element method, DEM) is applied to model the microstructure of a β-type silicon nitride ceramic. Clusters are used to simulate the real grain shape of the silicon nitride ceramic and parallel bonds are employed to represent the connections between intergranular glass phase and grains. Numerical tests (compression, bending and fracture toughness tests) are performed to evaluate the macroproperties of the synthetic material, thus matching the corresponding physical properties of the real silicon nitride. Moreover, a temperature-dependent synthetic DEM specimen is created and then used in simulations of LAMill. The DEM model is validated through comparing the simulation results with the experimental ones in terms of the cutting forces and subsurface damage under different depths of cut. It is shown that the model can successfully predict the subsurface damage in LAMill.     

3D finite element modeling and analysis of radial forging processes

This paper presents a novel 3D finite element model for the radial forging process with consideration of mandrel. As different with the previous works, the proposed model captures more accurately the features of the radial forging process. The proposed model is validated. With the proposed model, a comprehensive analysis of the deformation for the tube is presented. The contributions of the present work are: (1) a full 3D finite element model which captures more features of the radial forging process than the models in literature, (2) a proof that a full 3D finite element model is needed, (3) a proof of the effectiveness of the spring bar in stabilizing the contact between the hammer die and work-piece, and (4) the spindle speed has little effect on forging load. Finally, this model can be well used for the analysis and comprehensive understanding of the radial forging process and optimization of the process in future.     

钨合金棒材无模流变成形有限元分析

采用刚塑性有限元法分析钨合金棒材无模流变成形变形区速度场、应力场及变形力。收敛条件采用总能量泛函收敛准则、速度收敛准则、节点力不平衡量收敛准则的 3个条件同时满足的收敛判定。给出钨合金棒材无模流变成形力能参数的数值解。变形力理论计算值与实验结果相吻合 ,相对误差小于 10 %。