Zr-4合金管材皮尔格轧制过程数值模拟分析：宏观模型的建立、验证及塑性变形分析

皮尔格轧制变形对于锆合金管材的性能有着重要影响,受到学者们的高度重视。长期以来,由于皮尔格轧制是一个高度非线性的三维变形过程,开展实验研究不但成本高昂而且周期较长。本研究以ABAQUS/standard平台,根据多行程皮尔格轧制的运动特点,建立了Zr-4合金管材皮尔格轧制有限元模型,并开展一整个道次的轧制过程模拟。模拟结果表明:预测的管材几何尺寸与实验结果吻合良好,而模拟的轧制力与经典的舍瓦金公式计算结果也比较相符,验证了所建立模型的准确性,可用于进一步仿真分析。模拟结果还表明开口处的管坯应力状态与轧槽底部管坯的应力状态有显著的差别。此外,轧制过程中还存在有明显的剪切变形,而且还有较大幅度的周期性波动,这主要与孔型开口以及管坯回转送进有关。  

基于数值模拟的大型Zr-4合金铸锭锻造工艺优化

锻造工艺设计是核级锆合金制造的难点之一,也是获得高质量产品的关键。针对大型Zr-4合金铸锭加工,运用Simufact-forming软件对锻造过程进行数值仿真,对比模拟和实际锻造棒料表面的温度结果,结合锻后金相组织显微观察,分析了不同加工温度对最终锻坯微观组织的影响规律。结果表明:与传统的β相区锻造工艺获得的组织相比,优化后低温高α相区锻造工艺下的锻坯内、中、外晶粒尺寸明显细小;锻造数值模拟结果和实际锻造试验结果基本吻合,对锻前的工艺设计和锻造组织的形成机理,有限元数值模拟技术均能起到很好的辅助分析作用,表现出较高的工程应用价值。