异种金属摩擦焊先顶后刹过程的数值模拟及工艺研究

摘要

高温合金与耐热钢的摩擦焊接成型与控制是坦克、舰船发动机等热动力部件连接发展的迫切需要。本文结合舰船柴油发动机排气阀的摩擦焊接性，对K418高温合金/4Cr10Si2Mo耐热钢摩擦焊接头在先项锻后刹车(以下简称先顶后刹)过程的力学冶金行为进行了研究。 采用热力耦合有限元方法，针对先顶后刹制动方式下的摩擦焊过程建立了三维粘塑性有限元大变形计算模型，综合考虑了焊接过程中的几何非线性、材料非线性。利用ANSYS8.0/Multiphysical软件等先进技术手段，从理论上分析并发现了先顶后刹过程规范参数的变化范围，得到了有限元分析结果。利用有限元分析结果预测了接头的变形量，分析了焊合区内一点速度随顶刹时差和顶锻速度的变化。 利用数值模拟的先顶后刹构架，研究了K418/4Cr10Si2Mo接头性能与工艺参数的本构关系，通过SN比优化设计方法得到了参数的最优组合；通过摩擦焊接面物理接触形貌和金属流线对接头性能影响的实验研究，揭示了先顶后刹过程接头的物理接触行为；以摩擦变形量验证了数值模拟的可行性和正确性。 研究结果表明：采用有限元数值模拟的方法可以揭示异种金属摩擦焊接先顶后刹阶段的不可视规律，使摩擦焊成型与控制从经验走向科学；采用先顶后刹的制动方式可以适当减小摩擦压力和摩擦时间。 本文所取得的阶段性成果，为高温合金与耐热钢的进一步开发和应用奠定了理论与实践基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章研究内容及研究方法

第3章连续驱动摩擦焊先顶后刹过程的数值模拟

3.1引言

3.2有限元热力耦合计算思想

3.3粘塑性有限元基本理论

3.4摩擦焊顶刹过程有限元计算模型的建立

3.5数值模拟的有关参数

第5章先顶后刹制度下接头金属的力学冶金行为

5.3工进速度和顶锻速度与金属变形量的关系

5.4顶刹过程的动态再结晶

5.5先顶后刹制度下金属的塑性流动分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

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