HB400/HG70双金属工程机械钢热轧结合行为模拟研究

目的研究HB400/HG70双金属热轧过程中轧制温度、压下率和轧辊转速对应力、应变及温度分布的影响规律。方法利用ABAQUS有限元数值模拟软件,建立了HB400耐磨钢/HG70焊接钢双金属热轧有限元模型。结果当压下率从50%增加至60%时,HB400与HG70两侧等效应变差值增大,已结合的部位由于变形量加大和应力集中导致结合失效。当压下率为50%时,结合区域等效应变为0.77~0.87,两侧的平均等效应变差值为0.0047且最大值为0.01。轧制速度过快导致双金属未完全结合就离开了轧制区域,降低轧制速度可以使垂直轧制方向的应力分布更均匀,当轧制速度为0.6 rad/s时,HB400与HG70两侧等效应变没有明显差别。温度升高可以提高HB400与HG70两侧的变形均匀性。随着压下率的增加,复合板与轧辊的传热效率增强。复合板的温度下降更加明显。结论HB400与HG70双金属复合板的轧制协调性较好,无明显翘曲。热轧后双金属外侧应力大于结合区域应力;提高轧制温度、压下率和降低轧辊转速,能使垂直轧制方向的应力分布更均匀。最佳的热轧条件为温度1200℃、压下率50%、轧制速度0.6rad/s。

不同温度复合条件下Ag/Cu双金属板的分离强度

通过轧制复合方法,在不同温度条件下制备了Ag/Cu双金属板,研究了剥离载荷作用下分离强度与复合温度的关系,测定了复合基体的硬度并观察了分离界面形貌。结果表明:350℃复合的试样因具有较大面积的异种金属冶金结合区域而导致其分离强度较高;低于350℃复合试样的冶金结合区域减少,高于350℃复合试样的金属表面趋向于被连续分布的氧化物隔离,这两种情况均会使分离强度下降。

双金属板热轧复合模拟及最小相对压下量的确定

在对复合板轧制过程中的粘合特性进行分析的基础上,采用了合理的轧制和界面假设条件,应用Marc有限元软件建立了包括上辊、双层金属在内的三维模型,对不锈钢/碳钢复合板的热轧复合过程成功的进行模拟,获得了不同相对压下量条件下,轧制变形区内应力应变的分布、界面上应力分布以及接触表面上轧制力的三维分布。在此基础上分析得出了最重要的轧制工艺参数,即不锈钢/碳钢复合板热轧复合所需的最小相对压下量,这与在某钢厂所作的生产性试验是一致的。

双金属离心铸造碾辊的复合机理研究

对新开发的双金属离心铸造三层结构碾辊的复合机理进行了研究。研究表明，碾辊外层的高铬铸铁和中间层灰口铸铁的复合界面由过渡区和复合区组成；中间层灰口铸铁和内层灰口铸铁的复合界面处存在一个脱碳层区。

周期轧制离心铸造双金属管的试制研究

采用离心铸造+周期轧制的工艺,成功生产了双金属复合管(外层为14MnV,内层为TP316L)。该工艺解决了双金属复合管的尺寸问题,减小了壁厚,节约了金属,降低了成本,同时均匀了组织,提高了双金属复合管的性能。

双金属复合管热连轧有限元模拟及极限减壁量确定

对不同减壁量下奥氏体不锈钢和碳钢的壁厚变化规律进行了研究和分析,提出了临界减壁率理论,即总减壁率小于临界点时,外层碳钢的减壁率比内层不锈钢大。当总减壁率达到临界点以上时,不锈钢的减壁率比碳钢大。因此,为了保证企业要求的不锈钢厚度,必须控制总减壁率。通过6机架热连轧有限元模拟验证了这一理论,在有限元模型中,当总减壁率达到53.8%,减壁量达到极限减壁量10.5 mm时,不锈钢壁厚达到产品要求的最小允许值3 mm。此外,通过对现场轧制获得的双金属复合管尺寸进行测量分析,得到在减壁量为11 mm、总减壁率为46.8%时,不锈钢壁厚实测值为3.25 mm,比理论值大0.2 mm。

AlSn20Cu/Steel双金属板(带)复合轧制过程的厚度匹配

通过对AlSn2 0Cu Steel双金属板 (带 )复合轧制过程变形区变形规律的分析 ,确定了轧制过程的总变形率与各分层变形率的关系 。

双金属复合管固-液铸轧复合轧制力模型研究

以传统双辊铸轧技术为基础,提出一种双金属复合管固-液铸轧复合近终成形工艺,利用专门的环形布流器,将液态覆层组元金属均匀地注入铸轧辊圆孔型与芯管基材所构成的环形结晶器内,利用快速凝固与轧制复合技术,将覆层金属均匀包覆于芯管基材表面。为揭示铸轧区内铸轧辊-覆层金属-芯管基材间的相互作用力学行为,利用Fluent软件对环形结晶器内覆层金属凝固过程进行热-流耦合分析,确定固相轧制复合变形计算区域。假设芯管基材为刚性体,可将固相轧制复合变形阶段视为纯减壁的带芯棒轧管过程,并依此推导固-液铸轧复合过程的轧制力工程计算公式,给出各参数的取值方法。在实验室条件下成功制备了外径38 mm、基层与覆层厚度均为4 mm的不锈钢/铝复合管,轧制力实测值与模型计算结果基本吻合,验证了工程计算公式的可靠性。研究成果对复合管固-液铸轧复合装备及工艺设计提供了理论依据。

复合板热轧过程中出现镰刀弯的原因分析及改进措施

复合板在热轧过程中因各层材料的力学性能不同而易形成程度不同的镰刀弯。本文以减小钢-锆双金属复合板热轧过程中镰刀弯程度为目标,对其热轧过程中出现镰刀弯的原因进行分析并提出改进措施。结果是该复合板轧后镰刀弯程度由9 mm降低到3 mm以内,极大地降低了钢-锆双金属复合板的镰刀弯程度。

轧制铝锡20铜─钢双金属板的配料方法

应用逐步回归方法，建立了轧制铝锡２０铜─钢双金属板的配料模型；并对模型作自适应修正，提高了模型的预测精度。该模型的预测值与生产实际数据符合良好，可用于生产中制定轧制铝锡２０铜─钢双金属板的配料方案。

钢-铜双金属复合管热轧温度变化模拟研究

总结钢-铜双金属复合管在连续热轧过程中的温度变化计算模型公式,利用LS-DYNA有限元软件对连续热轧过程中温度场的变化进行有限元模拟。通过模拟可知,在钢-铜双金属复合管连续热轧过程中,最高温度位于辊缝处的钢-铜双金属复合管变形区,复合管整体的温度变化呈现先下降,再回升,最后下降的规律。

钛钢复合板双金属的流变行为及轧制制备

基于采用单轴压缩实验得到的钛钢双金属流动变形规律,对钛钢复合板进行了不同工艺的轧制及热处理,并系统分析了不同工艺下钛钢复合板的微观组织、界面特征以及力学性能。结果表明,随着钛钢厚度比的增大、变形温度的升高,双金属流动性差异增大;根据应力-应变曲线,采用Le-venberg-Marquardt法建立了变形抗力预测模型,预测应力值与实测应力值拟合优度为0.961;钛钢复合板在800~900℃进行大压下量轧制得到的板材力学性能最优。在750℃下进行热处理时,界面处TiC层较厚且厚度不均匀;在850℃下进行热处理时,界面处TiC层平直且厚度均匀。在950℃下进行热处理后,界面化合物以TiFe为主,TiC分布于TiFe两侧且呈分层分布。同时,铁素体基体出现TiC沿晶界、晶内析出现象,增大冷却速度可对析出物的尺寸进行控制。

铝合金环形零件形/性一体化制造技术

铝合金环形零件作为关键连接、传动、回转和支承部件在重型运载火箭贮箱、风电设备的轴承套圈及齿轮环、压力容器和核反应堆的加强圈等重大装备制造领域应用非常广泛。铝合金环形零件的生产是一个高能耗的热加工过程,现有生产工艺主要有两种:(1)厚板轧制-弯卷-对半焊接成形,环件焊接部位缝组织为弱性能区,无法满足在重载、冲击、高低温和强腐蚀等极端恶劣条件下长期稳定服役时的要求;(2)圆铸锭坯-多向锻造制坯-马架扩孔或环件辗扩,工艺流程冗长,辗扩前开坯、锻造和冲孔工序设备资金投入巨大,多次加热导致能源消耗和材料浪费严重,不利于环境友好型生产。深空探测领域铝合金环件存在几何尺度大、形状精度高、结构刚度低和服役环境苛刻等技术挑战,目前已实现Φ3 m~Φ10 m级大型铝合金环件辗扩生产。环件辗扩过程中的传热-变形-组织演变耦合行为使得环坯经历了多场、多因素作用下多道次、连续局部加载与卸载、不均匀变形和微观组织复杂演变历程。为了实现铝合金环件的辗扩成形,一是要使环件自身整体刚性和辗扩过程稳定,即"控稳";二是要使环件直径扩大与截面充填协同进行,同步获得径-轴向尺寸、截面轮廓及几何精度,即"控形";三是要使成形环件达到所要求的内部组织状态和各向性能,即"控性"。铝合金环形零件用环坯的制备是铝合金环件辗扩成形及其形/性一体化调控的基础,采用多向锻造变形技术可以有效细化大规格圆铸锭的粗大组织、破碎网状共晶化合物,实现组织改性,为后续辗扩过程提供优质环坯。通过开发铝合金环件双向辗扩智能建模仿真方法和基于力控的铝合金环件双向辗扩工艺路径智能仿真优化方法,解决了矩形/异形截面环件径-轴向变形区不协调、环件刚度弱及辗扩过程失稳等问题,实现了各轧辊运动的协调匹配和基于目标驱动的自动调控。利用辗扩成形后的形变强化和热处理时效析出强化改性技术,可以进一步提高环件强度和消除残余应力,使环件径向、轴向和周向均具有优良的性能。针对现有技术的不足,本文提出了环形零件短流程铸辗复合成形技术,将砂型铸造或离心铸造获得的环形铸坯加热后直接进行辗扩,在热辗扩过程中同时实现环形铸坯几何尺寸精度要求和组织与性能改善,揭示了基于织构演变的铸坯环件在热辗扩成形中的微观组织和性能控制机制,可为铝合金环件及铝基双金属层状复合环件的短流程形/性一体化制造提供理论指导。本文基于铝合金环形零件形/性一体化制造技术的研究现状,从铝合金环形零件用环坯的制备技术、铝合金环件辗扩成形技术和铝合金环件辗扩过程中组织与性能协同调控技术研究等方面做简要评述,着重阐述铝合金矩形/异形截面环件形/性一体化控制的技术挑战,提出铝合金环件制造技术的发展趋势及研究重点,以期推动铝合金环件/铝基双金属层状复合环件短流程制造过程中形/性一体化调控理论与技术的发展。

离心铸造双金属环件热辗扩实验研究

与单金属环件相比,双金属环件可以同时满足复杂环境对环件内外层金属的不同使用要求,具有很大的优势。针对目前双金属环件的制造方法费时费力、结合效果差的现状,笔者提出并研究一种双金属复合环件短流程制造技术,利用离心铸造的双金属环坯直接热辗扩成形双金属环件,生产效率高,节约能源,结合层为冶金结合,结合效果好。本工作以离心铸造的双金属环坯(内层Q345,外层40Cr)为研究对象,采用不同的初始辗扩温度(1200℃、1150℃、1050℃)和辗扩比(2.3、2.0、1.5)进行了辗扩实验,对不同辗扩工艺参数下的环件进行金相实验和拉伸实验。结果表明,随着辗扩比增大,环件整体晶粒先变小后变大,抗拉强度先提高后降低;随着初始辗扩温度降低,晶粒变小,40Cr抗拉强度和塑性提高,Q345抗拉强度先升高后降低,塑性提高。结合层是一个过渡区,没有明显的界线,从一种金属逐渐向另一种金属过渡,它的晶粒比内外层大。辗扩后环件椭圆度均小于0.02,超声波检测无裂纹缺陷。初始辗扩温度为1050℃、辗扩比为2.3时成形的环件综合性能最好。离心铸造的双金属环坯在辗扩后,环件外形好,探伤合格,组织和力学性能得到改善,成功实现了双金属环件的铸辗复合成形。

轨梁用新型双金属辊环的研究

轧制轨梁用的新型双金属辊环采用离心复合生产,并采用特殊热处理,实现了外硬内韧,在轧制过程中形成颗粒状氧化膜和滚动摩擦,很好地解决粘钢问题,提升钢轨表面质量,并且实现毫米轧制量成倍增加。

双金属复合环形构件制造技术研究进展

环形构件作为关键连接、传动和回转支承基础件,品种多、用量大、用途广。在深空探测、石化和风电等极端严酷环境应用场合,对环件内层和外层性能均提出了不同要求,使得单一金属环件在性能上越来越难以满足实际使用性能的要求。双金属复合环形环件可以同时兼具两种单一金属材料的优点,最大限度地实现其性能的优势互补,从而提高环件的使役性能和可靠性。综述了现有双金属复合环形构件制造技术研究现状,根据复合环件界面结合机制的不同,着重阐述了滚压、胀接、拉拔复合等机械结合法和离心铸造复合等冶金结合法的结合规律与特点,指出了现有制造技术的局限性和存在的问题,在离心铸造复合法的基础上提出了基于离心铸坯的双金属复合环件短流程制造技术,总结了新技术的特点、研究内容和发展趋势。

固-液铸轧异形双金属线截面形状预测模型

为研究短流程异形截面双金属线制备工艺,本文提出了非圆孔型固-液铸轧复合异形截面双金属线制备工艺,并以铜包钢线为研究对象,利用Deform有限元软件对非圆孔型固-液铸轧复合双金属线的截面形状进行研究,建立了异形截面双金属线的截面形状预测模型。本文利用铸轧实验机成功制备了不同截面形状的双金属线,其截面形状与预测模型相符,预测模型的准确性在98%以上;基于截面形状预测模型,系统性地分析了设计参数对双金属线截面形状的影响。

双金属材料滚抛清洗质量问题原因探讨

本文通过实验和生产实践说明了双金属材料在滚抛清洗中与溶液组成原电池的条件,从微观的角度揭示了双金属材料在滚抛清洗中出现色泽灰暗、产生锈蚀的原因。

冷轧双金属复合材料强度试验方法研究

目的:探究影响冷轧双金属复合材料强度因素。方法:利用冷轧工艺完成对两组双金属复合材料加工,在保证其他条件均相同的情况下,通过改变总压下率,对试件强度进行测试。结果:冷轧工艺中总压下率与双金属复合材料剪切强度存在一定相关性,总压下率增加,试件剪切强度随之增加。结论:在实际冷轧工艺中,将总压下率控制在40%~42%范围内,双金属复合材料的剪切强度最佳。

双金属复合管固-液铸轧复合工艺环形布流器设计及其流场模拟

为解决双金属复合管固-液铸轧复合(SLCRB)工艺覆层熔体金属的环形均匀稳定布流问题,提出并设计了一种带有三级环形阶梯分流和锥形缓冲的环形布流器,并且基于商用软件Fluent建立了稳态布流过程的流体动力学模型,分析了布流器结构和铸轧速度对系统流场的影响,给出了获得均匀、稳定出口流场的布流器内部结构和布流条件,并用水模实验进行验证。结果表明:布流器内通道高宽比不小于1有利于均匀分流,并且锥形缓冲区的均流缓冲作用至关重要。以1.2m/min的铸轧速度成功制备了外径为38mm、内径为26mm的铅-铝双金属复合管,覆层金属厚度均匀、界面结合效果良好。