GCr15棒线材连轧过程有限元模拟

借助商业有限元软件MSC.Marc,建立了棒线材连轧过程的三维弹塑性模型,将φ8 mm GCr15棒线材从出炉到精轧结束共26道次的轧制过程分为6段进行了模拟.前3个模型采用了静态分析,模型道次间刚性体以实际速度推动轧件进入下一道次.由于中轧道次后的轧制过程速度较高,后3个模型的模拟使用动态有限元法,在方程中引入了惯性力.用该组模型分析了连轧过程中轧件的变形以及温度演化规律,计算结果与测量结果吻合较好,证明了该模型模拟棒线材轧制过程的有效性.     

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。     

大棒材热轧工艺的数值模拟

大棒材轧制属于高温大变形塑性成形过程,为了研究轧制过程中轧件温度场、应变场及微观组织演变的规律,在热模拟实验的基础上建立了大棒材初轧道次热-力-组织耦合的有限元模拟模型.模拟结果显示,轧制过程中轧件由于发生再结晶使晶粒得到细化,初轧完成后,轧件平均晶粒尺寸由芯部到表层逐渐减小;由于大棒材初轧过程中轧件芯部变形量较小,不利于轧件芯部孔隙性缺陷的压实,因此提高热轧连铸坯的芯部致密度是改善大棒材芯部质量的重要措施之一.     

H型钢多道次粗轧工艺过程的数值分析

为了分析现有型钢轧制工艺的合理性,必须综合考虑轧件的微观组织演化、轧制力等多方面因素.为此,文中提出了针对H型钢多道次轧制过程的综合数值分析流程,通过热模拟实验和金相观测,建立轧件材料的高温屈服应力模型及奥氏体再结晶预报模型,并构建基于网格重构的多道次仿真分析方法.对某11道次H型钢多道次粗轧过程的仿真计算表明:轧制力的计算结果和现场实测数据吻合较好,现有多道次粗轧工艺对轧件腹板的晶粒细化作用较为明显.     

钛合金棒材成形过程的有限元分析与试验研究

采用 MSC.Marc 三维大变形热力耦合弹塑性有限元软件和接触分析技术,对Φ7.5 mm 的钛合金棒材四机架连轧过程进行了有限元仿真.对轧件的宽展、应力分布、轧制力、轧制力矩进行了分析,并在模拟的基础上进行了试验验证.试验表明:本次轧制钛合金棒材所制订的试验方案是合理的.模拟与试验相结合,为产品工艺设计提供了科学依据,以达到减少试验次数,降低试验成本的目的.     

H型钢粗轧道次工艺过程数值分析

以中型H型钢粗轧道次工艺过程为研究对象,通过热模拟实验建立了Q235流变应力模型,并选择某11道次典型规格H型钢的粗轧过程进行仿真研究,对轧制过程中轧制力及奥氏体晶粒尺寸变化进行了分析,结果表明：粗轧轧制力仿真结果和现场实测数据具有较高的吻合度;此外,粗轧过程能够有效细化腹板处晶粒,但芯部及翼缘晶粒细化不明显,因此其晶粒的细化必须依靠后续精轧过程实现。     

轧制参数对楔横轧变截面等内径空心轴晶粒粒径的影响

为了得到楔横轧变截面等内径空心轴的微观组织演变规律,借助刚塑性有限元软件DEFORM-3D,建立楔横轧热-力-微观组织耦合的有限元模型,对轧制过程的微观组织演变过程进行数值模拟,研究原始相对壁厚、成形角和展宽角对轧件平均晶粒粒径的影响规律。研究结果表明:轧件平均晶粒粒径随坯料原始相对壁厚Q的减小而减小,随着成形角α的减小而减小,随着展宽角β的增大先减小后增大。综合楔横轧空心轴内孔椭圆度和平均晶粒粒径的影响,原始相对壁厚Q=0.625、成形角α=40°、展宽角β=3°为最优的轧制参数,建立的有限元模型具有可靠性。     

大断面轴承钢轧后控冷工艺的数值模拟分析

大断面轴承钢棒材轧制后,冷却速度过小心部易出现网状碳化物;冷却速度过大棒材表面容易形成马氏体,导致表面出现裂纹。为了分析轴承钢内部温度场变化规律,获得制定合理冷却工艺的依据,利用ANSYS有限元模拟软件对直径80mm GCr15轴承钢棒材轧后冷却过程温度场进行仿真,结果表明:80mmGCr15轴承钢棒材表面最低温度是379℃,经历80s后心部温度降到650℃,心部最大平均温降速度为3.13℃/s。最佳冷却工艺为:水冷3s+空冷5s+水冷3s+空冷8s+水冷5s+空冷10s+水冷5s+空冷。     

ESP工艺下低碳钢奥氏体演变行为

通过楔形铸坯直接轧制和带有中间坯补热工序的大道次变形量热轧实验,研究了铸坯直接轧制、大道次变形量以及中间坯补热工序对奥氏体组织演变的影响,并与常规热轧工艺进行了对比.结果表明:随铸坯压下率增加,变形后奥氏体晶粒尺寸逐渐细化.与铸坯再加热轧制工艺相比,当压下率为48%,53.6%和66.7%时,铸坯直接轧制工艺的奥氏体晶粒较为粗大,压下率为72.3%时,其变形组织更为细小均匀.与常规工艺相比,粗轧阶段大道次变形量促进奥氏体再结晶;中间坯补热工序提高了奥氏体晶粒尺寸均匀化程度.     

4Cr9Si2马氏体钢气门楔横轧工艺研究

通过热模拟等温压缩实验,获得4Cr9Si2马氏体耐热钢的本构关系.借助DEFORM-3D有限元软件针对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行数值模拟,得到工艺参数对轧件缩颈和心部疏松的影响规律.通过轧制实验验证有限元模拟的正确性,对轧制后的轧件进行金相组织分析.研究结果表明:随着成形角增大,楔入段轴向金属流动速度大于横向金属流动速度,减小横向应力最大值和横向应力持续时间,使轧件心部缺陷产生可能性减小;随着展宽角增大,同样可以减小横向应力数值和横向应力持续时间,使轧件心部缺陷产生可能性减小;随着成形角减小和展宽角增大,减小轴向力F2,改善缩颈现象;其横截面中心原奥氏体晶粒尺寸为11μm,气门杆部微观组织得到改善.     

铌钒钛与含钛高强钢的高温变形行为

在Gleeble 2000热模拟实验机及D450实验轧机上进行不同参数的单道次压缩及多道次淬火实验.研究表明,对铌钒钛高强钢,微合金元素铌、钒、钛的碳氮化物能有效抑制奥氏体的高温软化行为,经过6道次变形的奥氏体晶粒细化到8μm左右,其控轧工艺为未再结晶区的控制轧制.对含钛高强钢,微合金元素钛表现出相对较弱的抑制奥氏体再结晶效果,经过6道次变形后的奥氏体晶粒细化到11μm左右,其控轧工艺为再结晶区控制轧制.     

梯形不锈钢筛条孔型设计及有限元模拟

根据某公司梯形筛条产品规格要求,制定了三辊Y型轧机4道次孔型系统及其轧制方案。为研究此轧制工艺下轧件成形规律并预测成品尺寸,借助于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了4道次筛条的轧制过程三维有限元模型并进行仿真,获得了轧制过程金属流动规律,包括金属纵向流动、金属横向流动和力能参数,包括应力、应变和轧制力参数,验证了所设计的孔型系统的可行性。结果显示,可在机架间增加导位装置,减少轧件应力集中,提高轧制稳定性及成品率,为新产品孔型系统的优化改进提供了参考。     

Influence of process parameters on the microstructural evolution of a rear axle tube during cross wedge rolling

In the shaping process of cross wedge rolling (CWR), metal undergoes a complex microstructural evolution, which affects the quality and mechanical properties of the product. Through secondary development of the DEFORM-3D software, we developed a rigid plastic finite element model for a CWR-processed rear axle tube, coupled with thermomechanical and microstructural aspects of workpieces. Using the developed model, we investigated the microstructural evolution of the CWR process. Also, the influence of numerous parameters, including the initial temperature of workpieces, the roll speed, the forming angle, and the spreading angle, on the grain size and the grain-size uniformity of the rolled workpieces was analyzed. The numerical simulation was verified through rolling and metallographic experiments. Good agreement was obtained between the calculated and experimental results, which demonstrated the reliability of the model constructed in this work.     

Effect of cross wedge rolling on the microstructure of GH4169 alloy

The metal microstructure during the hot forming process has a significant effect on the mechanical properties of final products. To study the microstructural evolution of the cross wedge rolling (CWR) process, the microstructural model of GH4169 alloy was programmed into the user subroutine of DEFORM-3D by FORTRAN. Then, a coupled thermo-mechanical and microstructural simulation was performed under different conditions of CWR, such as area reduction, rolling temperature, and roll speed. Comparing experimental data with simulation results, the difference in average grain size is from 11.2% to 33.4% so it is verified that the microstructural model of GH4169 alloy is reliable and accurate. The fine grain of about 12-15 μm could be obtained by the CWR process, and the grain distribution is very homogeneous. For the symmetry plane, increasing the area reduction is helpful to refine the grain and the value should be around 61%. Moreover, when the rolling temperature changes from 1000 to 1100℃ and the roll speed from 6 to 10 r·min-1, the grain size of the rolled piece decreases first and then increases. The temperature may be better to choose the value around 1050℃ and the speed less than 10 r·min-1.     

合金含量对热变形奥氏体组织演变的影响

建立了低合金和微合金钢奥氏体再结晶动力学模型,并采用单道次和双道次压缩实验来验证Si-Mn钢和Nb-V钢模型中的参数,实验结果证明了模型的准确性.将该模型应用于宝钢2050热轧生产线来预测奥氏体晶粒尺寸在热轧过程中的变化,以及每一道次流变应力.结果表明,添加低合金和微合金元素都能抑制再结晶的发生和晶粒长大,使流变应力增高.     

中碳钢楔横轧轧制过程及组织性能研究

采用有限元方法对两种不同温度下三辊楔横轧中碳钢棒材的轧制过程进行了数值分析,分析了轧件横截面上温度及等效应变的分布规律,并通过实验研究分析测定了截面上不同位置处的显微组织及硬度分布。结果表明:轧件等效应变等值面在轧件横截面上呈环状分布,由心部向外变形程度逐渐增大;轧制过程中轧件内部存在明显的温升,大约在轧件1/2半径处温升最明显;轧件典型组织为珠光体与先共析铁素体,且从心部到表层组织逐渐变细。同时发现轧件外表层有产生脱碳,其组织为铁素体。     

塑性变形在淬硬钢磨削白层形成中的作用机理

对淬硬轴承钢GCr15进行了磨削实验,采用热电偶和三向压电晶体测力仪测量了磨削温度和磨削力.通过X射线衍射仪对磨削表面残余奥氏体含量、马氏体亚晶粒尺寸以及微观应变进行了分析.通过有限元分析软件仿真计算了工件表面的接触应力和应变,讨论了塑性变形在磨削白层形成中的作用.结果表明:法向磨削力引起材料的强烈塑性变形和高接触应力;工件表面高的接触应力能降低材料相变温度,促进相变的发生;强烈的塑性变形能细化晶粒作用;磨削白层的厚度随着塑性变形的增加而增加,而其亚晶粒大小随塑性变形的增加而减小.     

控轧控冷对低碳铆螺钢力学性能的影响

对低碳铆螺钢采用两次控轧控冷试验,结果表明,铁素体晶粒尺寸比珠光体形态对低碳铆螺钢力学性能的影响要大.低温轧制较常规轧制后控冷可以获得更好的力学性能.在奥氏体化工艺参数非常合理的条件下,通过控轧控冷使铁素体晶粒细化的同时,避免魏氏组织产生,能够获得最佳的力学性能.采用控轧控冷,有可能实现以低碳代替中碳免热处理490 MPa级铆螺钢的实际生产.