AZ31镁合金热轧开坯变形行为的有限元模拟

采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对半连续铸造AZ31镁合金热轧开坯过程第一道次进行模拟,分析变形区内轧件的应力场、应变场的分布及整个热轧过程中的温度场的变化规律.实验结果表明:在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值54.1 MPa,随后又逐渐减小;靠近轧件表层σ_x为压应力,靠近心部为拉应力,在变形区σ_y主要为压应力,由表面到中心σ_y逐渐减小;等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值0.253;在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化剧烈,轧制完成后,表面温度从500℃降低到467℃,中部温度从500℃升高到503.1℃,心部温度从500℃升高到502.2℃.     

楔横轧温度对铝合金连杆预制坯心部质量的影响

楔横轧成形过程中,金属的流动规律比较复杂,工艺参数选择不当很容易产生轧件的心部缺陷,楔横轧轧制初始温度对心部疏松的影响效果显著。针对这一问题,以铝合金连杆预制坯为研究对象,通过建立三维塑性热力耦合数值模型,模拟了不同楔横轧轧制初始温度和表面降温梯度对轧件等效应力、等效应变和损伤状况的影响。分析得到了楔横轧轧制初始温度对轧件心部质量的影响规律,为楔横轧轧件心部疏松的成形机理和预防措施等方面提供重要的思路和建议。     

斜轧中凸棱斜率对轧件心部应力影响

应用ANSYS-DYNA有限元软件,对螺旋孑L型斜轧轴类件进行轧制过程的模拟,得到轧件中间横截面的上应力分布曲线,同时分析了凸棱斜率对轧件中心部位应力变化的影响规律.结果认为,凸棱斜率对轧件中心部位主应力和等效应力有较大的影响,轧件心部的应力状态和积累是导致心部疏松的主要原因.     

CSP连轧过程变形的有限元分析

借助Marc商用软件,采用弹塑性大变形热力耦合有限元法,对薄板坯CSP连轧过程的变形过程进行模拟,分析了轧制过程中各道次轧件等效应力、等效应变、等效应变速率和轧制力的变化．结果表明：在轧制变形区内,等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值;而在轧件入口表面附近等效应力和等效应变速率最大;在轧制稳定阶段．轧制力在微小范围内波动;轧制力模拟值与实测值基本一致．分析结果可以为工业生产提供参考．     

楔横轧等内径空心轴的热力耦合数值模拟

应用三维刚塑性有限元DEFORM-3D软件对等内径空心轴类零件的楔横轧成形进行了热力耦合数值模拟,分析了轧制过程中轧件内部的应力、应变场及温度场分布规律,揭示了轧件变形过程中横截面椭圆化和轧件外表面轴肩部分产生隆起以及内表面在靠近台阶处产生凹陷的原因,阐述了轧件在轧制过程中温度的变化及变化的原因.模拟结果表明,用楔横轧工艺轧制等内径空心轴是完全可行的.     

基于ANSYS/LS-DYNA辊式楔横轧轧制过程有限元分析

建立了辊式楔横轧轧辊及轧件的有限元模型,对轧制过程进行了动态模拟,获得了轧件在不考虑热力耦合时的应力分布、考虑热力耦合时的温度场分布及应力分布,并且将两种状态进行了比较。结果表明,轧件的最大应力或温度区域位于与轧辊接触部位,径向沿金属流动方向向两侧区域和轴心扩展,轴向沿轴线中心向两测扩展;轧制过程中,机械做功使轧件的温度持续升高,轧辊转速19rpm、轧件初始温度为450℃时,轧制结束时温度升高49.742℃,前期由于轧件温度升高有助于塑性变形,考虑热力耦合时轧件的最大等效应力小于未考虑时的,而后期由于轧件变形减小,导致规律正好相反。结论为研究楔横轧轧件成形规律和控制利用轧件在轧制过程中机械做功造成的温升提供依据。     

热力耦合CSP连轧过程温度场的有限元分析

借助Marc商用软件,采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法,对薄板坯CSP第一道次热轧过程的温度场进行模拟,分析了轧制过程中轧件温度场的分布和变化规律.结果表明:在轧件变形过程中,接触热传导和变形热是影响温度变化的主要因素,二者的综合作用决定了轧件的温度变化规律;轧制结束后,轧件从表面到心部在一定厚度范围内出现明显的温度梯度,超过该临界厚度值,轧件温度基本保持不变.分析结果可以为工业生产提供参考.     

高锰无磁钢异步热轧温度场有限元分析

为研究高锰无磁钢异步热轧过程中温度场的变化规律。文中采用有限元软件MSC.Marc,并基于刚塑性有限元法的仿真模型对高锰无磁钢的异步热轧过程进行数值模拟,分析了轧制过程中初始温度、压下量和异速比对轧件上、下表面和心部温度的影响。研究结果表明:在轧制过程中轧件存在明显的温度效应。在变形区域,各节点温度曲线增幅随着初始温度的上升而减小,温度效应呈逐渐减弱的趋势;随着压下量和异速比的增加,轧件上、下表面温度下降幅度逐渐减小,而心部温度上升幅度逐渐增大。     

高锰无磁钢异步热轧过程数值模拟研究

基于有限元软件MSC.Marc,建立了高锰无磁钢在不同变形参数条件下的二维热-力耦合有限元模型,分析了初轧温度、压下量和异速比对变形区金属流动、等效应力和等效应变的影响规律。研究结果表明:同步轧制时,上、下表面节点速度相等,等效应力、等效应变状态呈对称分布。随着异速比的增加,上、下表面节点和中间层节点速度都表现出逐渐增大的趋势,但增大幅度不一样。变形区心部节点等效应变随着初轧温度、压下量和异速比的增大都表现出增大的趋势,但影响程度不一样。压下量对等效应变的影响最大,异速比次之,初轧温度对其影响最小。变形区心部节点等效应力随着初轧温度的增加,峰值应力逐渐减小;随着异速比和压下量增大,峰值应力逐渐增大。     

大规格轴承钢棒材连轧工艺有限元模拟与分析

结合现场轧制工艺条件,采用大型非线性有限元软件对大规格轴承钢棒材连轧工艺进行数值模拟,主要分析大规格轴承钢棒材在热连轧过程中各道次等效应变场和轧制力分布情况。结果表明,大规格轴承钢棒材在各道次轧制过程中的变形区域主要集中在轧件的表层,芯部等效应变较小;各道次之间轧制力急剧变化不利于轧制工艺的改善,同时也会对轧制设备提出更高的要求;各道次轧制力分布不均匀主要是由现场轧制工艺规程中各道次轧件压下量分配不当造成的。     

楔横轧成形小断面收缩率轴类件热力耦合数值模拟

借助DEFORM-3D有限元软件针对小断面收缩率轴类件的楔横轧成形过程进行热力耦合数值模拟,分析轧件在成形过程中的温度变化规律;通过与常规断面收缩率轧件进行对比,得到小断面收缩率轧件的各向应力分布状态.模拟结果表明:小断面收缩率轧件与轧辊接触表面的温度变化较为剧烈,而轧件内部中心位置附近温度无显著变化;由于轧制位置的不同,轧件各横截面间的温度变化有所差异,曲线的波动存在着相位差.此外,小断面收缩率轧件在接触变形区周围的横向和径向压应力较大而轴向压应力较小,导致其横截面容易出现椭圆化;其中心附近区域由于受到比常规断面收缩率轧件更大横向和轴向拉应力影响,因而更易产生疏松、裂缝等缺陷.进行轧制试验,验证了模拟结果的可靠性.     

三辊楔横轧应力应变场对内部缺陷的影响

采用有限元数值模拟方法,比较分析了三辊楔横轧与两辊楔横轧轧件内部缺陷的产生几率和存在形式. 根据轧件内部的应力应变状态,阐述了三辊轧制轧件中心点缺陷产生可能性较小和断裂呈环向裂纹的原因. 分析表明,三辊楔横轧轧制工艺在轧件心部成形质量上具有明显的优势.     

小断面收缩率楔横轧件的变形规律

对楔横轧轴类零件的成形过程进行有限元数值模拟与轧制实验。从断面收缩率角度研究了轧件的金属变形特点,发现小断面收缩率与常规断面收缩率的分界点在35%左右。对比分析了小断面收缩率与常规断面收缩率轧件的金属变形规律。结果显示：小断面收缩率轧件的主要变形发生在轧件外层附近,而常规断面收缩率轧件的主要变形是在轧件内部;小断面收缩率轧件比常规断面收缩率轧件存在更大的轴向拉伸不均匀变形,易导致轧件在横截面上呈现出椭圆化。     

楔横轧小断面收缩率轧件螺旋组织缺陷研究

轧件发生局部变形是楔横轧的主要工艺特征,尤其小断面收缩率轧件轴向流动能力弱,内外变形差异显著导致楔横轧成形困难.除了容易产生心部破坏缺陷,在轧件表层一定范围内出现的螺旋组织缺陷,也会降低产品的机械性能.本文通过轧制实验,展示出轧件螺旋组织缺陷宏观上呈现为车削后在表层一定深度范围内沿展宽螺旋线分布的亮带,微观上由轧件表面折叠向内部延伸呈带状分布的组织形态.结合有限元数值模拟方法研究了缺陷产生的主要原因,发现由于成形区的金属发生沿展宽负向的金属流动,导致轧件形成沿展宽螺旋线分布的表面折叠和小轴向应变带.同时,螺旋带附近较大的径向压缩使轧件由表面向内部沿折叠裂纹方向组织具有方向性.采用对模具楔尖倒圆角局部改善金属沿负展宽方向的轴向流动,可以既消除表层螺旋组织缺陷,又避免轧件心部损伤风险,使成形质量满足使用要求.经实验验证,确定了模具楔尖圆角的最优取值.     

高温均质化退火对NiPtB合金组织及溅射成膜性能的影响

利用真空熔炼技术制备NiPtB合金铸锭,分别采用直接中温轧制和高温均质化退火+中温轧制对该合金铸锭进行处理,分析对比两种处理手段对NiPtB合金铸锭组织与性能的影响。结果表明：合金铸态组织的不均匀性难以通过直接中温轧制消除;高温均质化退火可使NiPtB合金组织更加均匀;退火后的NiPtB合金经轧制后,组织均匀性提升,轧面晶粒主要为{100}和{111}取向;相比于直接轧制态,退火+轧制态样品具有更高的硬度和更好的溅射成膜性能。     

Impact of asymmetry deformation on microstructure and mechanical properties of AZ31B alloy sheets deformed by on-line heating rolling

The effect of asymmetry deformation on microstructure and mechanical properties of AZ31 sheet was investigated in the present paper. Two AZ31 sheets were rolled together with an on-line heating rolling mill and separated from each other afterwards. For each sheet, the strain on both surface during rolling was asymmetry and this rolling method is called asymmetry rolling (AR) in present work. For comparison, symmetry rolling (SR) was also carried out on the same rolling mill that only one sheet was rolled in one pass. The sheets deformed by AR showed more homogeneous microstructure with higher recrystallization level and symmetry distributional basal texture. Moreover, SR sheets showed many narrow shear bands which distributed as “V” shape along rolling direction, while less shear bands with wider size are observed in AR sheet. The shear bands in AR sheet distributed as a line and across the entire thickness of the sheet, resulting in layered bimodal structure. Based on the unique microstructure and texture characteristics, AR sheet has lowest mechanical property anisotropy and a good balance of strength and elongation.     

轧件内部裂纹的模拟实验方法与愈合行为

提出一种预置轧件内部裂纹的模拟实验新方法,即钻孔填充法,将其用于普碳钢中厚板内部裂纹的预置,并对其愈合行为进行轧制实验研究.研究了位于轧件中心、厚度方向三分之一处等位置的裂纹愈合情况.实验结果表明,压下率达到50%以上、开轧温度在1100℃时,内部裂纹可完全愈合;且位于轧件厚向中心位置裂纹的愈合程度好于其他位置,采用缓冷方式时裂纹的愈合程度好于空冷.对轧制过程中裂纹愈合的机理进行了分析,认为在轧制变形条件下,压应力状态为裂纹愈合提供了静力学条件,塑性变形过程中大量原子的定向运动,为裂纹愈合提供了物质补给条件,裂纹两侧的金属原子更容易找到新的平衡位置,形成统一的晶格点阵,从而实现裂纹愈合.     

带钢热连轧非对称因素对板形的影响

为研究某2250 mm热连轧生产中非对称因素对轧件非对称板形(如楔形和单边浪)的影响,利用基于影响函数法的辊系变形模型、张应力模型和简化的轧制压力横向分布模型相结合的方法,建立了集轧机和轧件为一体的非对称板形计算模型。研究结果表明：来料楔形对轧件楔形的影响明显超过其对轧件平坦度的影响;上游机架和下游机架刚度非对称分别主要影响轧件楔形和平坦度;40益以内的轧件温度不对称分布对轧件平坦度影响较小,对出口楔形的影响可以忽略;轧件跑偏对楔形和平坦度均有显著影响。根据板形良好条件确定了各非对称参数的允许范围。     

Microstructure and finite element analysis of hot continuous rolling of doped tungsten rod

The microstructures of doped tungsten deformed by multi-pass hot continuous rolling were investigated, and the stress and strain fields were simulated by finite element(FE) method. After the continuous rolling, the grains of the tungsten rod were refined, and the microhardness was improved; however, a ring region of abnormal grain growth was present at a distance of about 3/5 R(R is the radius of the rod) from the center of the cross section. FE modeling results showed that the equivalent residual strains were minimum around the region of abnormal grain growth; this was due to the release of strain energy by severe plastic deformation, leading a situation where the migration force of grain boundaries was higher than the pinning force of potassium bubbles. By decreasing the initial rolling temperature and rolling speeds, the inhomogeneity of the equivalent residual stain decreased, improving the microstructure uniformity of the doped tungsten.     

椭圆孔型轧制合金钢方坯三维弹塑性有限元模拟

为设计安全合理的合金钢椭圆孔型系统，采用三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真技术，超前再现了合金钢方坯在椭圆孔型中金属的三维流动过程并获得了轧制力及力矩等重要参数的变化规律．结果表明：表面和心部金属沿轧制方向流动速率的不同导致合金钢方坯端部横断面产生凹形；轧制力和轴向力及轧制力矩和径向力矩具有相似的变化趋势，即咬入和抛钢阶段其值变化较大而稳定轧制阶段变化较小．