铝带坯连续铸轧变形的有限元分析

采用Ｌéｖｙ－Ｍｉｓｅｓ塑性流动理论确立连续铸轧坯塑性变形的本构方程,根据铸坯材料的实际可压缩性,对Ｌéｖｙ－Ｍｉｓｅｓ屈服函数进行了修正．用有限单元法建立了变形体的势能泛函,并采用Ｓｕｍｔ－Ｐｏｗｅｌ罚函数优化方法计算势能泛函的极小值,建立了一种在变温条件下求解塑性变形体位移速度场的数值方法,并由此计算出变形体的应力应变分布及轧制力．实例计算结果与实测值较吻合．     

X46级管线钢热连轧过程中结晶组织演变及流变应力的预测

开发描述含铌微合金钢软化行为的再结晶及形变诱导析出模型，并对奥氏体再结晶动力学和结晶组织演变进行了模拟计算。在此基础上建立了计算精轧过程应力-应变曲线的流变应力模型，根据现场数据预测了X46级管线钢精轧过程中的轧制压力。结果表明，该模型的计算结果与实测值吻合较好，反映了工业生产的实际。     

水平式双辊连续铸轧铅合金板的试验研究

研制了适合铅合金板连续铸轧使用的复合型铸嘴.研究了铸轧过程中温度与轧制速度等工艺参数对轧制过程的影响,试验表明最佳铸轧温度范围为355～370℃,最佳轧制速度范围为1.1～1.2m/min.对连续铸轧法生产的铅合金板带与铸造+轧制法生产的铅合金板带进行对比测试.结果表明:二者的密度、电导率大小相当;晶粒尺寸大小相当,合金元素均成弥散分布;在力学性能方面,连续铸轧法生产的铅合金板带略低于铸造+轧制法生产的,这可能是由于合金元素Ca的缺少所致.用水平式双辊连续铸轧法成功轧制出基本满足商业使用要求的铅合金板带.     

金属热变形时动态组织变化的模拟

在考虑变形历史对组织变化以及组织变化对变形影响的基础上，建立了金属变形组织变化模拟模块，模拟结果和实验相符合。     

半固态60Si2Mn的流变应力及组织特性

以应用广泛的弹簧钢(60Si2Mn)为研究对象,利用Gleeble-1500试验机进行了单向压缩实验,对其在半固态下压缩变形过程中的力学特性及组织演变规律进行了观察及分析.实验结果表明:在液-固两相区间半固态坯料的流变应力很低,只有10MPa左右;流变应力随变形量的增加而出现应变软化现象,变形速率对其影响比较复杂.在压缩变形过程中,半固态坯料固-液两相参与塑性变形的方式是不同的,其组织形貌与变形温度、变形量和变形速率都有直接的关系.     

S38MnSiV非调质钢热变形行为及组织演变

利用MMS-300热模拟试验机开展单道次压缩实验和光学显微组织观察,研究了S38MnSiV非调质钢在温度为1173~1423K及应变速率为001~10s-1条件下的热变形行为,获得了应变速率和变形温度对该钢动态再结晶行为及组织的影响规律,按照双曲正弦方法确定了实验钢的热变形激活能和本构方程.结果表明:变形温度越高,应变速率越低,越有利于动态再结晶的发生;随着动态再结晶的进行,奥氏体平均晶粒尺寸随应变的增加逐渐减小;当应力达到稳态时,奥氏体晶粒尺寸不再随应变而发生变化.     

连续流变成形过程中热流耦合场对合金组织的影响

为优化连续流变成形制备AZ31镁合金材料的工艺条件,利用有限元法模拟出了其在不同浇注温度条件下的速度场和温度场,并通过实验验证了模拟结果,分析了热流耦合场对合金组织的影响.结果表明:连续流变成形技术制备AZ31半固态合金的过程中,合金运动速度由靴侧到轧辊侧呈线性递增,在近轧辊处出现速度最大值,合金与靴接触边界速度为零;合金温度场由浇口到辊-靴型腔出口温度逐渐降低,并且等温线向轧辊侧偏离;合金出口温度与浇注温度基本呈线性的正比例关系变化,且模拟出的最佳浇注温度范围为730～770℃.     

时效态高强铝合金热变形行为及微观组织演变

采用热力模拟试验方法对具有时效态和过时效态初始组织的新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金试样进行了热压缩实验,分析了在热变形过程中的流变行为和微观组织演变。研究结果表明,时效态与过时效态试样都具有动态回复型流变应力曲线特征,且相同变形条件下时效态试样的流变应力高于过时效态流变应力,平均应力指数值分别为6.4525和5.6459,热变形激活能值分别为247.457 kJ/mol和178.252 kJ/mol.两种状态试样热变形组织演变基本规律为:高温条件下,析出相溶入基体组织,晶粒长大倾向高;当变形程度较大时(60%~80%),可以获得细小的晶粒组织;低温变形条件下,析出相含量较高,晶粒长大倾向小。比较发现,高温变形过程中,时效态试样晶粒长大倾向小,变形程度较大时晶粒组织更加细小均匀;而过时效态试样晶粒组织经历了变形较小时的粗化到变形较大时的细化。     

3104铝合金流变应力行为

根据3104铝合金在加工过程中所要求的不同变形条件,设计了不同的变形温度、应变速率,进行热轧过程的模拟实验,分析了合金变形时变形抗力、流变应力与应变速率、变形温度之间的关系.通过对实验数据的数理统计分析,结果表明,该合金流变应力对应变速率和变形温度敏感,应变速率和变形温度是3104铝合金变形工艺控制的主要因素.     

铸轧速度对液态金属凝固行为的影响

双辊铸轧是一种高效制备金属薄板带坯的先进技术.在铸轧过程中,熔池内的液态金属受到强冷、熔体对流的影响;随着铸轧速度的提高,熔池深度向轧制方向延伸,熔池头部的金属熔体受到轧制压力的作用.作者采用双辊铸轧工艺,在实验室小型工业铸轧机上以不同的铸轧速度生产出2 mm和3 mm纯铝薄板带坯,通过对铝带坯凝固区的显微组织观察及熔池温度场特性的分析,对铸轧速度对液态金属的凝固行为的影响进行了研究.图2,参10.     

VAc-BA-NMA三元共聚物乳液的流变性能

用旋转粘度计测定了醋酸乙烯酸（VAc）－丙烯酸丁酯（BA）－N－羟甲基丙烯酰胺（NMA）三元共聚物乳液的流变性能，研究了功能性单体NMA和原料配比对液体系流变性能的影响。对流变性能数据进行了线性回归分析，结果表明：VAc－BA－NMA三元共聚物乳液为假塑性流；随NMA含量的增加，乳液粘度增加，流动指数n减小；原料配比中VAc含量的增加，使得乳液体系的流变行为有向牛顿流体方向移动的趋势。     

碳钢连铸凝固过程的微观模拟

通过一种简单的数学模型研究了连铸坯凝固过程中枝晶生长的重要微观结构参数.结合中碳钢连铸性能计算出凝固过程中枝晶生长的尖端半径、枝晶生长速率、二次枝晶臂间距等枝晶相关参数,并研究了拉速对上述微观结构参数的影响.分析了碳、硅、锰、磷和硫等重要元素的微观偏析程度随凝固进程与坯壳生长的变化规律.与前人经验模型的对比与验证表明本文模型预测结果合理.     

TSCR生产800 MPa级TRIP钢的连续冷却相变及组织演变模拟

采用热模拟试验机Gleeble-2000,研究了薄板坯连铸连轧工艺条件下TRIP钢连续冷却转变规律及其组织演变.结果表明:实验钢的相变开始温度较低且随着冷却速度的增大而下降,有利于低温终轧;高温加热抑制相变而变形则促进相变;同时当冷却速度大于10℃时,开始出现贝氏体转变.     

AlN水基注凝成型浆料的流变性能

以低聚磷酸酯盐H3204为分散剂、Y2O3为烧结助剂,制备高固含量的AlN注凝成型浆料。考察pH、分散剂添加量、固含量对AlN水基注凝成型浆料流变性能的影响。结果表明:当浆料的pH为8.5,分散剂质量分数为0.9%时,制备了固含量(体积分数)为50.8%的AlN水基注凝成型浆料。浆料具有较好的流动性,适于注凝成型。     

Q235低碳钢高温变形过程的动态组织演化分析

通过Gleeble 2000上的热模拟压缩实验,分析了Q235低碳钢在不同热加工参数下的动态组织演化特征.结果表明:应变速率和温度对Q235钢的奥氏体形变特征影响强烈.在相同变形温度下,应变速率的提高可以明显推迟动态再结晶的发生;应变速率较低时,降低温度同样可以延迟动态再结晶的发生.利用定量金相技术及线性、非线性拟合算法,建立了Q235钢热变形过程的唯像本构关系及组织演化动力学模型,并将其应用于Autoforge 3.1有限元软件平台.压缩过程有限元模拟分析表明,分别采用Arrhenius双曲正弦方程描述Q235钢的唯像本构关系及Yada模型表征Q235钢变形过程的平均晶粒尺寸,可以满足预测精度,与实际变形过程基本吻合.     

Rheological behavior and constitutive equations of heterogeneous titanium-bearing molten slag

Experimental studies on the rheological properties of a CaO–SiO₂–Al₂O₃–MgO–TiO₂–(TiC) blast furnace (BF) slag system were conducted using a high-temperature rheometer to reveal the non-Newtonian behavior of heterogeneous titanium-bearing molten slag. By measuring the relationships among the viscosity, the shear stress and the shear rate of molten slags with different TiC contents at different temperatures, the rheological constitutive equations were established along with the rheological parameters; in addition, the non-Newtonian fluid types of the molten slags were determined. The results indicated that, with increasing TiC content, the viscosity of the molten slag tended to increase. If the TiC content was less than 2wt%, the molten slag exhibited the Newtonian fluid behavior when the temperature was higher than the critical viscosity temperature of the molten slag. In contrast, the molten slag exhibited the non-Newtonian pseudoplastic fluid characteristic and the shear thinning behavior when the temperature was less than the critical viscosity temperature. However, if the TiC content exceeded 4wt%, the molten slag produced the yield stress and exhibited the Bingham and plastic pseudoplastic fluid behaviors when the temperature was higher and lower than the critical viscosity temperature, respectively. When the TiC content increased further, the yield stress of the molten slag increased and the shear thinning phenomenon became more obvious.     

车轴钢高温黏塑性本构模型及流变行为分析

高温黏塑性本构模型是连铸坯近凝固终点压下工艺数值模拟的基础,但该条件下的应力应变数据极为缺乏,严重限制了连铸新工艺的开发.利用热模拟实验对比研究了车轴钢在近凝固终点压下和常规热变形工艺下的流变行为.结合动态回复和动态再结晶理论构建了近凝固终点压下工艺下的本构模型.结果表明:在近凝固终点压下工艺下,类铸态组织奥氏体晶粒粗大,流变应力明显低于常规热变形工艺下的流变应力;同一变形量下,动态再结晶体积分数较大.本文构建的本构模型对不同变形条件下的应力预测值与实验值吻合较好,平均相对误差约为2.62%.     

半固态金属微结构与流变性的关系

从固体颗粒形态、颗粒大小、聚集程度、聚集体堆积方式4个方面系统地阐述了半固态金属微结构与其流变性的关系．证明了微结构决定流变性，而外部流变因素如剪切速率和剪切时间，是通过改变体系的微结构来影响其流变行为的．     

Prediction of hot deformation behavior in Ni-based alloy considering the effect of initial microstructure

High temperature heat treatments were conducted for as-cast N08028 alloy to obtain various microstructures with different amounts of σ-phase,and then hot compression tests were carried out using Gleeble-3500 thermo-mechanical simulator in deformation temperature range from 1100 to1200 ℃ and strain rate range from 0.01 to 1 s-1. For the same initial microstructure, the flow stress was observed to increase with increasing the strain rate and decreasing the deformation temperature, while for the same deformation condition, the flow stress was found to increase with increasing the amount of σ-phase in the initial microstructure. Moreover, dynamic recrystallization was found to be the main dynamic soften mechanism. On this basis, Arrhenius-type constitutive equations and artificial neural network(ANN) model with back-propagation learning algorithm were established to predict hot deformation behavior of the alloy. Furthermore, the parameters of constitutive equations were found to be dependent on the initial microstructure, which was also as one of the inputs for the ANN model. Suitability of the two models was evaluated by comparing the accuracy, correlation coefficient and average absolute relative error, of the prediction. It is concluded that the ANN model is more accurately than the constitutive equations.     

混凝土的高温变形与微结构演化

研究了普通混凝土及纤维混凝土在高温作用下的热变形、力学性能及微结构演化.试验结果表明:普通混凝土和纤维混凝土在200 ℃高温作用下抗压强度下降了18%和8%;800 ℃时下降了70%和33%.混凝土与骨料随环境温度增加线性膨胀,当温度达到900 ℃时,其线膨胀率分别达到1%和3.4%.水泥净浆在160℃前先膨胀,后线性收缩;环境温度为800℃时,其线性收缩率为1.5%,质量损失率为19.1%.骨料与净浆在高温作用下的变形差异导致了混凝土浆集界面区裂纹的产生与扩展.聚丙烯纤维掺加并不能显著改变混凝土及浆体的热变形性能,但环境温度由400℃升至800℃,熔融纤维空洞直径仍能保持原有直径的74%,有助于水蒸气的排出.