半固态AZ31流变铸轧温度场数值模拟

利用有限元方法对AZ31镁合金在半固态双辊铸轧成形工艺中的温度场进行了数值模拟。分析了铸轧工艺参数(轧辊表面对流换热系数、浇铸温度、浇铸速度)对镁合金板带质量的影响。结果表明,在浇铸温度降低到897K时,在10000W.m-2 K-1换热系数下镁合金熔体完全凝固点的位置前移,影响镁合金板带的质量;而将铸轧时间延长到0.465s可以加强熔体和铸辊换热,使得出口区域中心温度达到凝固点。     

连续铸轧工艺对铝合金板残余应力的影响

选用铝合金进行连续铸轧实验,重点分析铸轧温度和铸轧压下率对铝合金板残余应力的影响。通过实验可知,无论是横向残余应力还是纵向残余应力,在连续铸轧过程中,都会随着铸轧压下率的增加而增大;当铸轧压下率是小于15%的低压下率状况时,残余应力受铸轧温度的影响幅度不大;随着铸轧压下率的提高,铸轧起始温度过高或过低都可以降低铝合金板的残余应力;但铸轧起始温度过高有可能出现轧卡现象,温度过低则有可能出现粘辊现象,因此,在大铸轧压下率时,应在避免产生轧卡和粘辊现象的前提下选择较低或较高的铸轧起始温度。     

纤维增强铝基复合材料板带铸轧过程数值模拟

基于现有的制备纤维增强铝基复合材料的方法,提出了一种连续纤维增强铝基复合材料板带铸轧控制成型方法。建立连续纤维与液态铝复合成型的分析模型,得到铝液的流动速度和铸轧辊与铝液间的换热系数对纤维增强铝基复合材料板带铸轧过程中铝液的流场、温度场和凝固场的影响。数值模拟结果表明:在铸轧区内,铝液温度快速下降,温度值快速达到固相线以下,流动速度变得很小;随着拉速增大,速度变化剧烈程度增大,铝液凝固速度变小,在同一点处的温度值增大;随着换热系数的增大,温度值减小,凝固速度加快,在同一点处的温度值减小,液相率降低。     

基于三维有限元铸轧工艺模拟及工艺参数优化的Mg-Al合金晶粒细化(英文)

为了获得质量优异的镁合金薄板材并研究铸轧工艺参数对AZ31镁合金薄板材的温度场和热应力场的影响,基于铸轧的对称性采用ANSYS软件建立了三维几何和有限元模型。在ANSYS软件中采用smart-sizing算法进行网格划分。进行了一系列不同工艺参数下的三维温度场和热应力数值模拟。结果表明,随着浇注温度的升高,液相区和液固两相区的长度都增加;随着辊/薄板间接触的对流换热系数的增大,液固两相区的长度减小;随着浇注温度和铸轧速度的提高,两相区的长度增大。将优化的工艺参数(铸造速度2m/min、浇注温度640℃、换热系数15kW/(m2·℃)及水淬)用于镁合金铸轧试验,得到平均晶粒尺寸为50μm的镁合金板坯。三维仿真结果能更好地理解相变区的温度变化和铸轧过程中热裂纹的形成机理,为设计和优化镁合金铸轧的工艺参数提供帮助。     

AZ31镁合金铸轧和常规轧制板的变形组织及形变特征

在变形温度为150～400 ℃、应变速率为0.3～0.000 3 s~(-1)条件下,在Gleeble1500热模拟机上采用等温拉伸试验对AZ31镁合金铸轧和常规轧制板的高温塑性及组织演变进行研究.结果表明:两种AZ31镁合金板的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的降低和应变速率的增加而逐渐增大.铸轧板的应变硬化指数和应变速率敏感系数均大于常规轧制板的.在高温低应变速率变形条件下,铸轧板的晶界滑移引起的空洞尺寸、体积分数和密度均大于常规轧制板的.低应变速率下拉伸变形后的动态再结晶晶粒尺寸随温度的升高逐渐增加;不同变形条件下铸轧板的晶粒尺寸均小于常规轧制板的;再结晶晶粒尺寸和Z参数呈幂律关系.     

1400F轧机工作辊与冷却液之间的换热特性

在分析轧制过程中热量转移的基础上，应用ANSYS有限元软件分析了1400F铝带轧机工作辊与冷却液之间的换热特性，得到了工作辊表面与冷却液之间的对流换热系数，以及对流换热中的冷却液喷射速度和温度的影响。模拟结果表明，对流换热系数值和热流密度值均随工作辊表面温度降低而减小，冷却液喷射速度的增大和温度的降低都会导致对流换热系数的增大。仿真结果得到了实验的验证，为计算工作辊温度场提供了边界条件。     

半连续铸造铝合金圆锭冷却过程传热研究

通过试验法测定了铸造过程中φ100 mm的铝合金铸锭近表面的动态温度,采用逆向法计算出其水冷段的换热系数.结果表明,随着铸锭表面温度的降低,换热系数逐渐增大;在温度由400℃降至130℃的过程中,换热系数急剧增大,在130℃左右时达到最大,其最大值大约为23000 W/(m·K);当温度继续降低时,铸锭表面换热系数迅速减小.最后分析了换热系数变化的原因.     

基于Kiss点位置的双辊薄带铸轧熔池界面换热模型

针对双辊薄带铸轧工艺熔池界面换热规律问题,基于铸轧浇铸工艺的特点以Kiss点为界将熔池接触区分为软接触区和刚性接触区两部分,建立新的界面换热模型;通过6061铝合金界面换热实验,以及Procast软件的反向求解模块Inverse推导得出铸轧界面换热系数和热流密度随时间的变化规律,并利用铸轧实验验证了模型的精确度。结果表明,熔池区界面换热分布规律与铸轧速度、浇铸温度、Kiss点位置、材料的热物性参数及辊面粗糙度等因素均有关。     

7075铝合金铸轧成形及其组织性能

采用OM、SEM、拉伸试验和硬度测试等手段,研究双辊铸轧7075铝合金薄板过程中浇注温度和铸轧速度对7075铝合金铸轧板的显微组织及力学性能的影响。结果表明,当浇注温度为993 K时,随铸轧速度加快,铸轧板的成型性越差;当浇注温度为963~973 K,铸轧速度为8.5 m/min时,是较理想的双辊铸轧工艺参数。铸轧板的显微组织是由边部枝晶和芯部等轴晶组成;7075铸轧铝合金沿铸轧90°方向综合力学性能最好,拉伸应力可达290 MPa;铸轧板硬度从表层到芯部依次下降。     

不同铸轧条件下铸轧辊套热应力分析

依据建立的包括铸轧辊套在内的铝双辊铸轧的整体耦合数学模型,对铸轧辊套的热应力场进行了模拟计算;研究了在不同的铸轧工艺参数包括铸轧速度、带坯厚度、内冷强度、铸轧区长度的变化对铸轧辊套热应力的影响规律.结果表明:铸轧辊辊套内外表面热应力相差很大,且外表面受到拉压交变热应力的作用;铸轧速度提高,应力幅度减小;水冷强度增加,应力幅度增大;铸轧区长度增大,应力幅度减小.这就为优化铸轧工艺参数提供了依据.     

基于刚塑性有限元法的AZ31镁合金板材轧制模拟分析

采用刚塑性有限元法对AZ31镁合金板材的轧制过程进行了数值模拟。分析了AZ31镁合金板材同步或异步轧制过程中,上下辊的转速比对板材的应力分布和沿板厚方向的等效应变影响。结果表明:随着上下辊转速比的减小,轧制后板材的应力增加;最大等效应变发生在辊速较大的板材一侧,分布曲线呈"U"型;异步轧制所需的轧制力较小。     

基于熔池边界层温度的双辊铸轧界面换热数学模型

熔池与结晶辊接触界面的换热边界条件是制定双辊薄带铸轧工艺的重要参数。针对现有的换热数学模型不能合理描述铸轧开浇和稳定阶段接触界面的热交换问题,基于熔池边界层温度和凝固组织枝晶间距建立了接触界面的换热数学模型。以1Cr18Ni9Ti不锈钢为例,对铸轧稳定阶段的数学模型进行了计算,模型计算结果与试验结果相吻合,验证了本文所建立换热数学模型的准确性。研究结果表明,钢液与结晶辊初始接触时界面热流密度为26.06 MW·m-2,随着接触界面熔池边界层温度降低,凝固坯壳收缩,热流密度显著下降,在接近Kiss点区域时趋于稳定值。     

热辊轧制AZ31镁合金带材过程变形规律研究

本文利用有限元软件DEFORM分析了初始厚度、轧辊温度、压下率及轧制速度对热辊轧制AZ31镁合金冷带材过程接触压力、速度、等效应力、等效应变及等效应变速率分布规律。结果表明：热辊对轧件起到了显著加热作用,轧件温度明显升高,表面与心部温差先增加后减小。接触压力在刚端与塑性交界面急剧增加然后降低,进入塑性变形区再次增加至前滑区降低,从入口端到出口端速度和等效应变呈近似S型增加,等效应力和等效应变速率整体变化趋势是先增加后降低。稳态轧制力随初始厚度、压下率和轧辊温度变化呈近似线性变化,随轧制速度增加呈指数增加。初始厚度增加加大了表面和心部变形速度差及等效应变和应变速率的不均匀分布。相比压下率较小时的压缩变形,随着压下率增加剪切变形量增大,且轧辊热量更易传递至心部,变形更均匀。当轧制速度较大时,表面和心部等效应力、等效应变与等效应变速率差值显著增加,不利于均匀性变形。     

基于ANSYS的快速铸轧过程温度场数值模拟

建立了快速铸轧过程这类具有质量输运现象的金属凝固传热有限元数学模型,考虑了影响辊套与带坯传热的界面接触热导问题,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对快速铸轧过程中的辊套与铸坯耦合温度场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(铸轧区长度、接触界面换热系数、浇注温度、铸坏厚度以及铸轧速度等)对铸坯温度分布及其相变区间的影响进行了系列研究,为连续铸轧特别是快速铸轧工业实验参数设计提供了依据.     

铸轧板出口温度自控系统的建立

用双辊连续铸轧机生产铝板带坯在国内有了较大发展。铸轧板出口温度自控系统的建立，可使铸轧速度自动跟随浇铸温度、冷却强度而变化，并优化了铸轧速度与铸轧区长度、前箱温度、冷却强度之间的关系。     

基于3D-CAFE法的连铸Ag-28Cu合金凝固组织的数值模拟

基于3D-CAFE法对连铸法制备的Ag-28Cu合金的凝固组织进行了模拟,研究了表面换热系数、浇注温度和拉速对凝固组织的影响。结果表明,增大表面换热系数、降低浇注温度、提高拉速,可起到细化晶粒的效果。在最佳工艺条件为表面换热系数1800 W/(m2·K)、浇注温度830℃、拉速1.5 m/min时,Ag-28Cu合金的凝固组织等轴晶比例最大,且晶粒较细。     

铝材铸轧过程中成型界面传热行为的仿真

在铝材铸轧过程中，材料凝固和冷却所释放的热量都要通过成型界面传导给辊套，并最终由辊套内部的冷却水带走。在分析铸轧过程中传热特点的基础上，建立了传热过程的基本方程与数学模型，并针对3种典型的铸轧工况进行了界面传热行为的仿真研究。结果表明：随着铸轧过程的进行，成型界面的温度差值和热流密度均显著减小，因此，热量传递主要在铸轧区的前半段进行；随着铸轧速度的提高，铸轧区内辊套表面的最高温度不断下降，导致成型界面上的温度差值不断增大，界面热流密度增大并趋于均匀，从而提高了界面的传热能力。     

6063铝合金在线淬火实验及有限元模拟

通过淬火试验获得了6063铝合金的在线淬火冷却曲线,结合数值方法获得该合金的在线淬火换热系数,运用ABAQUS有限元软件动态模拟了其在线淬火过程.结果表明:喷水淬火初始阶段,换热系数较小,随着淬火温度降低,换热系数逐渐增大至峰值约47 kW/(m2·℃),随后又逐渐减小;有限元模拟获得的冷却曲线与实测冷却曲线基本吻合;淬火时试样的温度分布符合一维传热特征,轴向应力呈“内压外拉”状态,且无论是拉应力还是压应力都在淬火开始不久后出现峰值.     

双辊薄带铸轧凝固组织数值模拟

基于ProCast的元胞自动机(Cellular Automaton)-有限元(Finite Element)模型,以Si含量为6.5%的高硅电工钢为研究对象,建立了双辊薄带铸轧凝固组织演变模型,探讨了过热度、铸轧速度、铸辊表面与钢液间的传热系数等因素对薄板凝固组织的影响。结果表明,浇注温度越高,晶粒尺寸越大,柱状晶比例也越大。钢液浇注过热度过高,会使凝固区变小,有漏钢的危险。钢液浇注温度过低,凝固区域变厚,容易导致铸轧事故。随着铸轧速度提高,晶粒尺寸减小,柱状晶比例也减小。铸轧速度过低或过高,均容易导致铸轧事故。晶粒尺寸随着传热系数的增大而增大,柱状晶比例也随着传热系数的增大而增大。     

火车轮模锻成形工艺及热处理换热系数测算

为研究火车轮在模锻成形过程中内部金属流动及淬火加热、踏面淬火中的换热系数和温度变化,利用有限元软件对其模锻成形及热处理过程进行数值模拟分析,并结合黄金分割优化法对综合换热系数进行了反传热计算。结果表明:模锻过程中,辐板与上模接触区域的等效应变最大,轮辋外侧变形相对较小,踏面附近区域变形较均匀;在淬火加热过程中,换热系数随工件表面温度升高而增加,当温度在500℃以下时,换热系数随温度的升高而快速增加,500℃以后,增速缓慢,800℃时,换热系数达0.15 kW·(m^2·℃)^-1;踏面淬火时,在700℃以下,随温度下降,换热系数迅速增大,300℃时达到峰值3.1 kW·(m2·℃)^-1,在250℃以下,换热系数稍有下降,100℃时换热系数为2.5 kW·(m2·℃)^-1。