变形量对冷径向锻造身管力学性能各向异性的影响

发布时间：2021-03-03 17:37

　　研究了变形量对5. 8 mm口径冷径向锻造身管力学性能各向异性的影响。实验结果表明:经冷径向锻造身管力学性能呈现明显的各向异性,较大变形量（38%和41%）成形身管的力学性能各向异性程度低于较小变形量（27%和34%）成形身管;有限元和织构分析结果表明:身管成形过程中存在较大剪切应力,受剪切应力的影响形成剪切织构（{112}〈111〉和{110}〈001〉）,弱化了身管的轴向强度;变形量为41%时,身管延伸率各向异性程度明显增大,导致成形身管内部容易产生轴向裂纹缺陷。 

【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

锻后身管显微组织

径向锻造是一种热锻或冷锻工艺，通常在工件周围径向布置4个锤头，以生产截面沿其长度方向恒定变化的实心或管状工件[1]。与传统的开式模锻相比，由于锤头的约束，材料横向变形受到限制，成形件具有较好的晶粒组织和较少的内部缺陷[2]。目前，我国速射武器身管制造普遍采用冷径向锻造工艺，径向锻造过程如图1所示。冷径向锻造通常会使身管材料的强度指标增加，塑性指标下降，并产生力学性能的各向异性。身管使用过程中需要承受一定的膛压，其力学性能各向异性会对身管使用性能产生影响。因此，为了制造出性能更加优异的身管满足其使用要求，需要对锻后身管力学性能各向异性进行研究。Yu等[3]对镁环热轧过程进行研究，发现镁环厚度方向微观结构分布不均匀，其力学性能也呈现各向异性，中间层材料轧向屈服强度明显高于横向。刘力力[4]对锻后身管力学性能进行实验测定，发现锻后身管呈现各向异性，其横向塑性性能低于纵向。Gulsha等[5]在模拟锆管冷轧过程中考虑毛坯材料的各向异性，发现模拟得到残余应力分布与实际结果更加吻合。Hideaki等[6]在研究管件轧制时发现，管件毛坯材料各向异性将影响到管件成形表面质量。邓雨亭等[7]对β锻TC17钛合金力学性能各向异性进行了研究，表明锻后产生的织构组分以及拉伸锻后相貌特征各异共同造成了TC17钛合金力学性能的各向异性。刘文辉等[8]究发现横轧工艺可以降低板材的各向异性度。

径向锻造后，沿锻后身管的轴向、径向和周向进行取样制成压缩试件，取样位置如图2所示。压缩试样设计成直径为4 mm、高度为6 mm的圆柱体，试样的外圆柱表面通过无心磨床加工成粗糙度为0.8 Ra的光滑表面。压缩实验仪器选用长春实验研究所产CCS-44100电子万能试验机。实验前，在压缩试样的上下表面涂上润滑油，实验过程中压缩速度保持恒定，其值为5 mm/min。为了方便观察压缩裂纹，在压缩试验台一侧添加微型电子显微镜，用于记录实验过程中试样裂纹的萌生情况，当观察裂纹萌生或压缩载荷达到70 k N时停止实验。采用线切割对锻后身管中间层进行取样，制成表面积为13 mm×10 mm，厚度为3 mm的矩形X射线衍射试样(如图3)。经过粗磨和抛光后，采用D8ADVANCED X射线衍射仪对中间层晶粒分布情况进行分析，得到不同方向上的不完全极图衍射数据，采用Textools软件对试样织构组分进行分析。采用有限元软件(ABAQUS)建立身管冷径向锻造轴对称模型，有限元模型中毛坯尺寸、锤头尺寸及锻打工艺参数与实验情况一致。建模过程中，将锤头、芯棒和挡块视为刚体，不考虑其变形，身管毛坯视为弹塑性材料，采用四节点减缩积分单元(CAX4R)进行划分。采用罚函数法来模拟各部件之间的接触行为，身管与锤头之间的摩擦因子为0.25，与挡块之间的摩擦因子为0.15，与芯棒之间的摩擦因子为0.05[4]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]横轧对6016铝合金组织及力学性能的影响[J]. 刘文辉,罗号,谭永胜,陈宇强,唐昌平.  稀有金属. 2020(03)
[2]7056铝合金厚板轧制变形不均匀性的实验研究与数值模拟[J]. 昌江郁,陈送义,陈康华,周亮,袁丁玲.  中南大学学报(自然科学版). 2018(08)
[3]β锻TC17钛合金力学性能各向异性研究[J]. 邓雨亭,李四清,黄旭.  稀有金属. 2018(08)
[4]身管径向精锻锻后织构分析及性能各向异性研究[J]. 徐笑,樊黎霞,王亚平,董晓彬.  精密成形工程. 2016(02)
[5]7A55铝合金厚板的微观组织和性能不均匀性[J]. 冯迪,张新明,刘胜胆,吴泽政,郭奕文,余翠娟.  中南大学学报(自然科学版). 2015(08)



本文编号：3061656