圆棒料斜轧曼内斯曼效应及新型混合损伤准则

采用有限元法分析了曼内斯曼效应的形成机理,在有限元分析的基础上提出了新型混合损伤准则以预测中心损伤,并开展了轧制实验以验证准则的预测效果,分析了工艺参数对中心损伤的影响规律。结果表明:棒料中心受到两向拉应力和一向压应力,且轧件中心温度大于外层温度,加剧了中心损伤累积,从而使中心处最容易产生疏松缺陷。由于新准则考虑了应力三轴度、变形温度及应变速率对损伤累积的影响,该准则对棒料斜轧、单轴拉伸均有较好的预测效果。采用该准则进行预测可知,中心损伤随着断面收缩率的增大而增大,随着精整长度的增大先增大后基本不变,随着成形角的增大先减小后增大,随着倾斜角的增大先减小后增大。

TC4钛合金锥形辊斜轧穿孔曼内斯曼效应

为达到控制TC4钛合金锥形辊斜轧穿孔过程的温升、减小穿孔阻力、降低能耗和获得理想微观组织的目的,开展了对锥形辊斜轧穿孔曼内斯曼效应的研究。对比TC4钛合金和45钢的旋转横锻试验,证实了两种材料心部均形成双向拉应力,TC4钛合金相比45钢的宽展方向拉应力大,轴向拉应力小。结合Simufact Forming有限元模拟技术,分析了压缩率与应力应变演化规律,发现当变形量约为4%~6%时,曼内斯曼效应最为明显。采用5%的顶前压下率顺利实现了TC4钛合金管的制备,有效控制了温升,获得了理想的双态组织。

TC4钛合金斜轧穿孔曼内斯曼效应及顶头位置优化

利用有限元模拟技术分析了斜轧穿孔过程,结果表明:锥形辊比桶形辊穿孔的曼内斯曼效应更为强烈,TC4钛合金比碳钢穿孔的工件心部可产生更大的拉应力;当采用送进角为12°、直径压下率为12%、辗轧角为15°、轧辊转速为70 r·min-1以及顶前压下率为8.2%等参数锥形辊斜轧穿孔TC4钛合金时,坯料心部曼内斯曼效应最为显著,拉应力最大,可最大程度降低穿孔阻力,从而减小温升;采用该优化工艺,变形区变形温度为972～997℃,分布较理想,可获得TC4钛合金双态组织。经穿孔试验验证,获得了TC4钛合金双态组织厚壁管,且管内外表面光滑,尺寸精度较高。

三辊楔横轧的曼内斯曼效应

用有限元软件模拟了二辊与三辊楔横轧的轧制过程。根据二辊与三辊楔横轧的曼内斯曼效应不同的分布规律,通过对轧件内部不同单元的应力应变曲线的比较,发现第一主应力和负静水压力是曼内斯曼效应的主要影响因素。然后利用上述结论比较了三辊楔横轧与二辊楔横轧轧件的心部质量。最后分析了工艺参数对三辊楔横轧曼内斯曼效应的影响。

基于损伤因子优化变形参数的超细晶管斜轧穿孔工艺

为充分利用曼内斯曼效应提高可穿性,以45钢为研究对象,借助刚塑性有限元模拟技术,通过基于Oyane损伤准则的裂纹萌生控制模型揭示了变形参数对损伤因子的影响规律。结果表明,锥形辊实心棒斜轧过程中,沿轧件前进方向,随着塑性变形的逐渐增加,损伤因子逐渐增加,之后随着塑性变形程度的减弱而逐渐减小。从坯料边部到心部损伤因子逐渐增大。空心管斜轧穿孔过程中损伤因子的变化规律与之相似。优化参数为:送进角为14°,辗轧角为13°,轧辊转速为50 r·min^(-1),直径压下率为17%,轧制温度为1000℃,顶前压下率为12%。确定了顶头形状,制备了外径为(Φ66.2±0.1986)mm,壁厚为(6.0±0.126)mm,径厚比为11的超细晶管,晶粒尺寸由29μm(7级晶粒度)细化至9.8μm(10级晶粒度),抗拉强度以及伸长率分别提高了9.0%和17.9%。