12Cr13马氏体不锈钢热变形行为及微观组织分析

基于变形温度950~1150℃、应变速率0.1~10 s^(-1)等温热压缩实验数据,构建12Cr13钢的流变应力模型和热加工图,通过研究热变形中金属的微观组织演变规律,并优化工艺,使马氏体大角度晶界以及晶界密度均显著增加。研究结果表明:在低温低应变速率(950℃/0.1 s^(-1))条件下,原子空位扩散和位错滑移困难,此时动态再结晶不充分,动态回复占主导变形机制;然而在高温中应变速率(1100℃/1 s^(-1))条件下,再结晶晶粒数目显著增多,表现为锯齿状不连续动态再结晶特征,实现了晶粒细化,提高了材料的强韧性;此时δ铁素体相占比较少,δ铁素体相呈现等轴状分布,且晶界棱角形貌稳定存在。进一步研究发现,变形温度和应变速率同样对马氏体钢固态相转变影响显著,较高的变形速率对δ铁素体相的析出产生正面影响,而变形温度的影响归功于固态相变的驱动力。

皮尔格冷轧管机关键工艺参数周期送进量研究

针对目前皮尔格冷轧中关键工艺参数周期送进量无定量计算、选择随机性大的缺点,在分析周期送进量对轧制过程无缝钢管变形特点影响的基础上,以轧制304不锈钢管为例,通过理论计算获得送进量数值,建立周期送进量数值模拟模型,研究其对轧制过程金属变形及成品质量的影响规律,为其工艺参数选择提供依据。利用三维有限元软件建立数值仿真模型,以之前求得的周期送进量为依据,开展轧制过程仿真,得到轧制成形过程中应力状态、成品管尺寸以及残余应力等关键数据,并结合现场轧制试验共同验证成品管能否达到预期的性能。通过理论计算、数值模拟及试验验证相结合的方法,为周期送进量的选取提供支持。有限元模拟与实际试验测量得到的结果相差不大,误差不超过8%,证明了有限元模拟结果的准确性。通过理论计算得出的10 mm送进量下的残余应力比依据生产经验选取的12 mm送进量下的残余应力要减小10%以上,进一步验证了周期送进量为10 mm能够在一定程度上提高实际生产成品管的质量。

2209双相不锈钢本构模型及热加工参数优化

目的优化2209双相不锈钢热加工区间,提升其高温变形稳定性。方法在Gleeble-3800热模拟机上开展压缩实验,分析不同温度(950~1150℃)和应变速率(0.01~10 s^(-1))下的应力-应变曲线特征,构建基于Arrhenius的双曲正弦本构模型,综合分析热加工图和变形微观组织演变特征。结果流变应力随变形温度的降低和应变速率的增大而增大;在失稳条件下(950℃/0.01 s^(-1)),奥氏体相所受应变能较小,只有一部分奥氏体晶粒发生了变形;温度升高(1100℃/0.01 s^(-1))后,奥氏体相仍为等轴状晶粒,铁素体相承担塑性变形,此时表现为明显的应变分布不均匀现象;随着应变速率升高到稳定条件(1100℃/1 s^(-1)),奥氏体相承受了更大的塑性变形,且在压缩方向应力的作用下呈现条带状分布,同时发生了γ→δ的转变,这有利于提高钢的热塑性。结论获得了2209双相不锈钢最佳加工区域(1070~1130℃、1~7 s^(-1)),该区域功率耗散系数较大且变化梯度较小,材料热加工性能稳定。

基于孔型形状系数的双相不锈钢棒材宽展模型研究

目的 针对2209双相不锈钢棒材在开坯轧制阶段宽展计算精度不高、孔型设计不合理、容易产生“折叠”“耳子”等表面缺陷的问题,建立一种基于“椭圆”孔型形状系数的宽展模型,提高产品尺寸精度。方法建立11道次2209双相不锈钢开坯轧制有限元模型,研究轧件温度分布及“椭圆”孔型不同形状系数对轧件宽展的影响,修正传统С.И.古布金计算模型,并与实测数据进行对比,验证修正后模型的可靠性。结果模拟轧制过程中,轧件温度变化趋势与实测值基本相同,11道次后温降为91.87℃,且在孔型突变阶段降幅较大。通过轧件每道次尺寸数据对比得出,С.И.古布金模型宽展计算偏差较大,在第8道次椭圆孔型偏差最大。不同形状系数的椭圆孔型分别模拟轧制后,发现形状系数为2时,椭圆孔型充满度为93.94%,下一道圆孔型充满度为98.92%,此时轧出的产品尺寸精度高。修正后的宽展模型与实测值进行对比,计算精度高于95%。结论 构建的形状系数修正宽展模型提高了轧制宽展计算精度,可用于指导双相不锈钢开坯轧制孔型设计及优化。

热处理对不同形变工艺钛合金棒材显微组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、电子万能材料试验机和显微硬度仪等研究了不同热处理工艺对不同形变工艺(二辊连轧、三辊连轧)制备的TC4钛合金棒材的显微组织演变、α相晶粒尺寸及性能的影响。结果表明:三辊轧制制备的合金经950℃退火处理1 h后,等轴α相、针状α相、马氏体α′、α″基体的晶粒尺寸均较小,且时效处理后α相平均尺寸和面积占比均低于二辊轧制制备的合金;细小的α相晶粒有利于阻碍相界空洞生长,三辊轧制制备的TC4合金棒材具有较高的拉伸延性和屈强比(0.966),更有利于机械零件受载。

变形温度对不锈钢复合近界面特征和协调变形的影响

为适应混凝土结构以提高建筑物长寿命要求,迫切需要制备一种具有耐蚀性、耐候性的建筑用材。不锈钢/碳钢复合材料完全满足复杂腐蚀环境的苛刻要求,还可以有效降低经济成本。本文基于Gleeble-3800热模拟机对不锈钢/碳钢复合材料进行高温压缩实验,研究温度950~1150℃,应变速率0.1 s^(-1)、1 s^(-1)条件下近界面微观组织演变规律、近界面孔洞及过渡层特征;基于电子背散射衍射技术(EBSD),对不同温度和应变速率条件下的双金属变形协调性进行了研究。结果表明,当应变速率为1 s^(-1),温度为1100℃,近界面不锈钢侧和碳钢侧晶粒计算平均尺寸分别为11.38μm和13.54μm,再结晶晶粒体积分数分别为31.2%和39.3%;界面两侧晶粒发生动态再结晶比例相当,协调变形最佳。

焊管冷弯回弹曲线方程构建及工艺优化

目的研究316L奥氏体不锈钢板材JCOE弯曲卸载回弹和应力分布特征,对预弯曲量实施相应补偿,以提高弯曲成形精度。方法基于弹塑性变形理论,利用有限元模拟研究各关键成形参数对板材弯曲卸载回弹的影响规律,将影响指标线性/非线性拟合叠加,构建回弹曲线方程。结果板料回弹量与上模下压量、下模开口量呈线性关系,与上模下行速度、摩擦因数呈指数关系。结论优化后的最佳冷弯成形工艺参数如下:上模下压量为12 mm,下模开口量为150 mm,上模下行速度为4 mm/s,摩擦因数为0.15。对于径壁比值≤10的板料成形,理论计算得到的弯曲回弹量与实测平均值吻合较好,构建的模型可以为实际生产奠定理论基础。

不锈钢弯曲应力中性层偏移模型构建与实验研究

为实现不锈钢产品的精密成形,基于双线性硬化本构模型和弹塑性变形理论,采用分层理论,应用经典力学建立了316L不锈钢板料的“V”型弯曲应力中性层偏移模型。结合有限元模拟分析及三点弯曲实验研究结果,分析了关键工艺参数(弯曲半径和板厚)对应力中性层偏移的耦合影响规律,并通过建立二元二次响应面方程对构建模型中的修正系数进行了优化,优化后模型的计算精度显著提升,与实验值和模拟值之间的最大偏差不大于4.76%,为模具优化设计和板料精确选型提供了理论基础。

异速比对镁合金板材轧制成形的影响分析

基于Deform-3D软件对AZ31镁合金同径同速轧制和异速比为1.1、1.2、1.5、1.7的轧制过程进行模拟,并对板材等效应力、等效应变、轧制力和边部破坏情况进行对比分析。结果表明:异步轧制中由于“搓轧”变形的影响,形成的附加剪切应力大大削弱了外摩擦对变形的阻碍作用。随着异速比的增大,最大等效应力和轧制力显著降低,等效应变增大,有助于降低对轧辊强度的要求及能量消耗,同时可以轧制更薄的产品。然而,随着异速比的增大,板材边部破坏严重。因此,在镁合金板材轧制中,最佳异速比一般不大于1.4.

不锈钢棒材应变不均匀对两相微观结构演变的影响

双相不锈钢热轧制备过程中应力应变分配不均,导致奥氏体相和铁素体相软化、相变竞争激烈,组织结构演变和性能调控复杂。以热轧2209双相不锈钢棒材为研究对象,采用有限元仿真技术对Φ43 mm棒材6道次热连轧过程进行三维热力耦合模拟,结果表明,棒材横截面上特征区域的应变与温度变化分布极不均匀;中心金属温度最高且塑性应变最大。对棒材不同特征区域的微观分析表明,在棒材表面和内部,两相体积占比不均匀且晶粒动态再结晶不协调,棒材表面δ→γ相变占据主导;然而在棒材内部区域,在高温高应变速率工况下,发生γ→δ逆相变。因此通过控制轧制工艺改善不锈钢两相协调变形行为,从而全面提升棒材力学性能。

不锈钢覆层尺寸效应对复合质量的影响

不锈钢覆层钢筋是将韧性、抗腐蚀性高的不锈钢材料与强度较高的碳钢材料通过复合技术制成优异性能互补的复合产品,其不仅可以应对复杂的腐蚀环境,还可以降低成本,提高经济效益。采用ABAQUS有限元软件模拟不锈钢复合钢筋在三辊孔型中的连续轧制过程,分析覆层厚度分别为1.5 mm、2 mm、2.5 mm复合金属变形规律以及覆层尺寸效应在轧制过程中对协调变形的影响。结果表明:在轧制温度为1150℃,压下率33%的变形条件下,金属之间的平均径向应力远超过不锈钢金属的变形抗力,界面金属已实现初步结合;且当不锈钢覆层厚度≥2 mm时,覆层与芯部之间的空洞和耳子等缺陷有了明显的改善,说明较大的覆层厚度能够有效抑制壁厚不均匀性,提高产品复合质量。

热轧钢板轧制力的计算演变

轧制力作为板材轧制的重要参数,决定着板材最终质量。随着机械制造业、水利、电力等领域的高速发展,对轧制力的精度提出了更严格的要求,但轧制力的计算方法仍存在针对性不足、计算不准确等问题。为进一步推动轧制力计算的研究,促进轧制理论的发展,论述了板材受力模拟法、设备形变补偿法、应力变化分析法和特殊工艺计算法的研究现状和存在的问题,针对该问题对板材受力、设备变形和应力变化进行分析,发现传统的轧制力计算方法局限性较大,导致理论结果与实际数据出现误差。因此,需要建立充分考虑板形、设备变形和应力变化的数学模型。但由于轧制过程中出现的特殊问题,传统理论无法解释,提出了从微观角度分析轧制过程的变形机理和特性,探讨计算轧制力的未来趋势。

热连轧TC4钛合金棒材裂纹产生的分析研究

钛合金产品具有优良的性能,应用范围广。然而,该金属轧制成型温度范围窄,在变形过程中极易产生表面裂纹,导致金属损耗严重,产品收得率低。因此,本文基于断裂力学理论,采用有限元软件对TC4钛合金棒材热连轧过程中裂纹损伤进行模拟,通过对比棒材变形区的损伤值,发现在棒材与轧辊接触区域损伤值最大,即在该区域更容易产生表面裂纹;在此基础上,分析了主要工艺参数,包括轧辊偏角、摩擦因数、轧制温度对最大损伤值的影响,发现轧辊偏角的影响最大,且最大偏角不宜超过3. 4°.

铸态AZ31镁合金热变形行为研究

在Gleeble3500热模拟实验机上,对铸态AZ31镁合金进行热压缩实验,获得了变形温度为250~400℃、应变速率为0.005~0.5 s^-1条件下镁合金的流变应力曲线,分析了主要工艺参数对AZ31镁合金流变应力的影响规律。结果表明,随着应变的进行,在硬化软化机制共同作用下,材料的流变应力达到峰值应力后缓慢下降,最后基本保持不变,镁合金发生了动态再结晶,随着温度的升高,应变速率降低,其峰值应力显著下降,可见镁合金属于温度敏感型材料。在此基础上,基于双曲正弦流动应力本构模型,同时考虑塑性变形热和摩擦热的影响,建立了形式简单且具有较高精度的流动应力预测模型。预测值与实验值的相关系数为0.932,该模型能较好地描述铸态AZ31镁合金热变形过程中的流变应力行为。

基于AJSA-BP修正神经网络的TC4钛合金本构关系构建

研究高性能材料的热塑性变形行为及影响机理对于优化成型工艺、提升产品质量具有重要意义。基于Gleeble-3800热力模拟实验机对TC4钛合金开展高温压缩实验,在变形温度800~950℃双相区,应变速率0.001~10 s^(-1)条件下,该合金高温流变应力随变形温度的升高以及应变速率的降低显著降低,且具备典型动态再结晶的特征。同时,为了进一步提高材料本构模型的计算精度,本文提出一种基于AJSA-BP修正的本构关系,旨在辅助搜索优化BP神经网络训练过程中的权值和阈值,并与基于应变补偿的Arrhenius新型本构模型进行对比分析。结果表明,基于AJSA-BP算法计算的应力预测值偏差率不大于15%的占比为95.65%,平均相对误差为3.83%,具有更为显著的计算精度优势,可用于指导金属高温流变应力的精确预测。

固溶处理对2209双相不锈钢σ相析出的影响

为了研究2209双相不锈钢σ相的析出特性,采用JMatPro热力学软件计算了热力学平衡相图,不同温度下的σ相的元素含量以及不同冷却速率下的CCT和TTT曲线;借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜等精密仪器分析了不同固溶温度下2209不锈钢的微观组织演变,以及σ相的析出形态及析出机理。结果表明:σ相为富Cr、Mo且贫Ni的Fe-Cr-Mo金属间化合物,相界为σ相主要析出位置,且呈辐射状向α相内生长。随着固溶温度升高(850~1050)℃,其形貌变化规律为:细条状+短棒状→片层状→块状→弥散状;在950℃区间附近,σ相析出最为敏感,此时γ相和σ相含量极剧增加,而α相的含量极剧减少,即发生共析反应α→σ+γ_(2).

Finite Element Simulation of Cold-Rolling Process of Shaped Steel Tube for Driving Shaft

Based on the deformation characteristics of Y-type mill,a finite element model for simulating the formation process of shaped steel tube for driving shaft is proposed.The distributions of stress and strain were obtained from the simulation.The outer diameter and transverse wall thickness were also analyzed quantitatively.Experiment was done on Y-type mill.A comparison between simulation results and experiment results shows that the simulated results of shaped steel tube are in good agreement with the on-site data.The model could provide the basis for theoretical research and engineering applications of shaped steel tube rolling process.