《上海交通大学学报》2021年“金属学与金属工艺”专题
淬火配分QP980钢变形过程中存在马氏体相变,对材料的力学性能产生明显影响.通过电子背散射衍射方法表征了QP980钢变形前后的微观组织,基于马氏体相变晶体学唯象理论建立了考虑相变的弹-黏塑性自洽多晶体塑性模型,模拟了QP980钢在单向拉伸过程中的宏观流动应力和织构演化.材料初始包含铁素体(F)、马氏体和残余奥氏体(RA),各相均为轧制织构,变形后残余奥氏体含量明显减少,残余奥氏体的<111>丝织构、铁素体和马氏体的<110>丝织构在拉伸方向有明显增强.相变提高了材料的强度和加工硬化率,但对各相的织构演化影响很小.根据计算变形过程中应变和应力的分配情况,铁素体和回火马氏体对变形起主要作用,变形过程中新生马氏体的应力最大,成为断裂的潜在萌生点.
基于激光视觉传感的厚板电弧焊接中,为实现自动化、智能化,焊接需要有效的焊缝轮廓提取方法.针对厚板T形接头熔化极活性气体保护焊中焊缝图像强烈的电弧干扰背景,提出了一种基于亮度突变性与密度特征检测的焊缝轮廓识别方法.首先,采用改进的Canny算法凸显焊缝轮廓边缘并抑制电弧干扰背景.然后,利用激光条纹在局部区域内存在亮度突变的特性,提出一种亮度突变检测方法对干扰背景进一步抑制.最后,在Otsu阈值分割处理的基础上,提出了基于带宽与密度特征逐列扫描去除干扰的算法,并将处理后的数据进行最近邻聚类,利用数据类的空间尺度特征识别焊缝轮廓.结果表明:提出的算法在处理电弧区域占图像面积近20%的强干扰时,能有效地提取不同填充阶段焊缝轮廓95%以上的整体信息,可为不同接头机器人自动化、智能化焊接的进一步实施提供参考.
针对压铸铝合金在切削力影响下加工精度低、表面质量不高等问题,提出在铣刀前刀面加工沟槽和V型阵列表面微织构的方法.通过三向力传感器监测并分析铣削过程中的铣削力变化情况,重点分析y向铣削力(Fy)频谱特性.将采集到的Fy 进行快速傅里叶变换,得到3种不同铣刀Fy 的频谱分析图,利用表面形貌和表面粗糙度评价表面微织构铣刀的铣削性能.结果表明:相较于普通铣刀在x、y和z方向的铣削力均值,沟槽阵列表面微织构铣刀的均值分别降低了3.8%、0.29%和11.7%,V型阵列表面微织构铣刀的均值分别降低了8.5%、14.3%和12.4%;在6倍主轴频率处的Fy高频幅值的大小关系为普通铣刀>沟槽阵列铣刀>V型阵列铣刀;采用微织构铣刀加工的表面,其表面粗糙度比普通铣刀的小,且V型阵列铣刀加工工件的表面质量最好.研究结果将为压铸铝合金精密铣削提供理论依据.
针对实际生产中测量刀具磨损需要人工操作、停机检测等问题,开发了一个基于机器视觉的加工刀具磨损测量系统.首先提出基于Laplacian算子边缘信息的Otsu分割算法将图像二值化,再通过基于形态学的Canny算子边缘检测粗定位及图像配准提取清晰的刀具磨损区域.最后,使用基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法提高测量精度,并通过主曲线方法拟合亚像素边缘点得到光滑的边缘曲线,实现了刀具磨损量的在线测量.实际加工过程中的刀具磨损测试结果表明,该系统检测自动化程度高、运行速度快、测量精度可以达到微米级,可以有效地应用于工业上对加工刀具磨损的实时监控.
流动旋压工艺有利于实现带筋构件整体成形,但是所能成形的内筋高度受限.将超声辅助方法引入流动旋压工艺,可以提高内筋高度.开展了超声辅助单拉和压缩试验,建立了考虑声软化效应的2219-O铝合金硬化方程,并分析超声加载后的减摩擦效应,基于Abaqus软件平台建立了超声辅助铝合金带筋构件旋压仿真模型.仿真结果表明:超声振动辅助可以降低材料的变形抗力,改善筋部不同方向的材料流动,引导内筋附近材料流入筋槽,从而提高内筋高度,当振幅达到12μm时,内筋高度可以提高1/3.
合金元素能够以固溶态或纳米颗粒析出形态影响铝合金变形过程中微观组织演化，但哪种形态对铝合金微观组织影响更显著仍有争议．以Al-1%Si合金为研究对象，通过在变形前改变硅原子析出态与固溶态的比例，利用多道次累积叠轧焊方法实现大变形，对比研究了在微观组织和力学性能达到饱和状态过程中纳米析出硅颗粒、晶粒尺寸和位错密度的演化，以比较固溶原子与析出颗粒对铝合金变形过程中组织及性能的影响．结果表明，初始样品中固溶原子越多，析出颗粒越少，变形后饱和位错密度更高，晶粒尺寸更小，对应屈服强度更高．Al-1%Si合金中弥散分布的固溶硅原子比同质量的纳米析出硅颗粒阻碍位错动态回复的总效果更好，与位错理论分析相符．材料内位错回复能力也会影响饱和晶粒尺寸，位错回复能力越强，饱和晶粒尺寸更大.
采用自制板带式高温摩擦磨损试验机模拟实际热冲压条件下22MnB5硼钢裸板的高温摩擦过程，对模具进行预热，模拟了热冲压过程中的模具升温，并通过硼钢热冲压的摩擦因数、表面磨损形貌和截面图及基体组织图研究模具升温对硼钢裸板摩擦行为及机理的影响．结果表明：模具升温较低时，硼钢裸板与H13钢之间的摩擦因数基本稳定在0.5，其磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主．当模具升温超过100 ℃，硼钢裸板摩擦因数随温度升高呈现下降趋势，在150 ℃和200 ℃分别为0.474和0.414，黏着磨损作用减弱．硼钢基体维氏硬度在室温至100 ℃基本稳定在430，随温度进一步升至150 ℃和200 ℃，硬度分别降至413.5和399.7，表明模具升温对成型件机械性能有显著影响．
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