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。     

三维微观组织模拟及其表征分析技术的研究进展

多晶材料的微观组织结构在一定程度上决定了其宏观力学性能,微观组织的三维仿真及其表征对于预测和研究材料内部真实组织结构及其演化规律具有重要的意义。本文对目前常用的三维模拟方法与表征技术在材料科学领域的应用进行了总结,叙述了目前常用的几种三维模拟方法及表征技术的基本原理,并对其最新研究进展、研究热点以及难点进行了分析,提出了未来在材料科学领域中的研究内容与方向。     

基于3D CA的AZ31镁合金动态再结晶行为研究

本文建立了三维元胞自动机(3D-CA)模型，通过热压缩试验和电子背散射衍表征技术(EBSD)，对AZ31镁合金在热变形过程中的微观组织演化规律进行可视化和定量预测。根据试验得出的真应力-应变曲线，确定了3D-CA模型参数在试验条件下的取值，建立了模型参数与变形条件(应变、变形温度和应变速率)之间的关系。利用所建立的3D-CA模型，对AZ31镁合金在热变形过程中的流动行为和微观组织演化进行模拟和讨论。结果表明:再结晶体积分数随着应变的增大而增加，随着变形温度的增大或应变速率降低而增大，提高应变速率或降低温度可以细化再结晶晶粒。模拟结果与实验结果吻合较好，相对误差值在4.5%-16.2%之间，所建立的3D-CA模型能够较准确地预测镁合金AZ31的微观组织演化。     

晶界位向对硅钢立方/旋转立方取向双晶轧制取向变化的影响

晶界和{100}柱状晶在硅钢生产过程中对织构的遗传和演变有关键作用,因此本文利用晶体塑性有限元方法进行立方和旋转立方取向双晶在晶界不同位向时晶体取向演变的全场模拟.模拟显示,三种晶界位向下,晶界都具有诱发晶内产生S形状形变不均匀和缓解局部形变不均匀区取向转动的特点,立方和旋转立方取向双晶在带有剪切作用的轧制条件下都显示明显的取向稳定性.GB上RD(表示晶界垂直于轧向)晶界位向时,旋转立方取向晶粒优先在晶界中心位置发生取向转动,而立方取向则优先在远离晶界的端部发生取向转动.GB上TD(表示晶界垂直于横向)的晶界位向下,其晶界阻碍作用最小,双晶内产生的取向漫散度大,织构强度较低;除绕TD转动外,也具有复杂的绕RD、ND的取向转动.GB上ND(表示晶界垂直于法向)的晶界位向下,取向转动与GB上RD时相近,但有少量取向绕ND转动.     

基于元胞自动机AZ31镁合金固溶处理研究

镁合金具有导热导电性好、电磁屏蔽性能优越、与环境相容性良好等诸多优点。但是镁合金在室温下塑性较差,导致其在轧制过程中易出现裂纹从而影响其质量。为了有效提高其可塑性,在加工前往往需要对其进行固溶处理。基于此,通过金相实验,得到AZ31镁合金管材原始晶粒组织,基于晶粒长大的热力学机制、曲率驱动机制和能量耗散机制,建立元胞自动机模型,针对镁合金建立了三大晶粒演变规则,研究AZ31镁合金在不同温度和不同时间下晶粒演变规律与边数变化情况,最终获得晶粒均匀分布且以六边形为主的微观组织。通过晶粒长大拓扑学分析与晶粒尺寸分布统计,得出晶粒尺寸在不同温度和时间内呈正态分布,其中六边形晶粒最多;在此基础上,建立固溶情况下的晶粒长大数学模型,合理预测并控制AZ31镁合金固溶后的晶粒尺寸和最终性能,分析了晶粒长大动力学,得出镁合金生长指数为0.87,并通过实验验证了元胞自动机模型的正确性和合理性,为研究镁合金在变形过程中的晶粒演变奠定基础。     

基于元胞自动机的三维晶粒生长动力学研究

本文基于热力学转换机制和能量跃迁原理，采用Metropolis算法改进的元胞自动机模型，对AZ31镁合金三维晶粒长大过程进行仿真研究，并对其晶粒尺寸与晶粒长大动力学进行统计分析。仿真结果表明:采用改进转变规则后的元胞自动机模型更加接近于实际三维晶粒的正常长大过程。在模拟过程中，系统总自由能降低，不同时刻晶粒尺寸均呈现正态分布。晶粒直径与平均晶粒直径的比值R/Rm≈1.0的晶粒分布最多，满足晶粒演变最小能量准则。分析晶粒长大动力学可知，三维晶粒长大遵循晶粒演变过程中平均晶粒尺寸随时间变化的关系，晶粒长大指数为0.47941，非常接近于理论值0.5。通过实验对AZ31镁合金保温过程中晶粒尺寸变化规律进行研究，进一步验证了本文建立的三维元胞自动机模型的可靠性与准确性。     

皮尔格冷轧304不锈钢管组织及性能研究

通过皮尔格轧制实验和数值仿真技术相结合的方法对304不锈钢管成形过程进行研究,借助金相显微镜与拉伸实验,重点分析304不锈钢管成形过程中组织演变及力学性能的变化规律。结果表明:成形时管材上任意点处的金属流动方向处于不断变化的过程,晶粒内部流线呈无规则分布;内壁所受的等效应力要大于外壁所受的等效应力,内壁组织剪切滑移带更为明显,变形程度更加剧烈,轧制过程中发生碎化,钢管平均晶粒尺寸减小;钢管在轧制过程中维式硬度值不断增大,由轧前的236 HV增加到403 HV,且屈服强度和抗拉强度也随着轧制的进行而增大,分别由轧前的352和794 MPa提高至轧后的745和1209 MPa。     

AZ31镁合金无缝管材冷轧成形过程研究

镁合金在室温下塑性较差,导致其在轧制过程中组织分布不均而引起应力差异,因此从镁合金材料特性角度出发,分析成形过程中力学特征及组织演变过程就显得至关重要。基于此,本研究通过实验建立AZ31镁合金分段本构模型,构建包含晶粒拓扑技术的元胞自动机模型。借助二次开发技术,将上述本构模型、元胞自动机与有限元软件结合起来进行仿真,获得包含应力、应变、晶粒大小和分布规律等预测结果,对控制皮尔格轧制AZ31镁合金成形工艺以实现对成形和性能的协调控制具有一定意义,并通过实验对模拟结果进行验证。     

双孔洞排布位置对C轴压缩镁单晶的影响研究

为探究双孔洞位置排布对于镁及镁合金塑性变形的影响,应用分子动力学方法模拟在300k下含不同排布位置的双孔洞镁单晶c轴压缩模型,结合三种模型的应力-应变曲线、势能曲线、径向分布函数和位错密度曲线,分析不同排布位置双孔洞镁单晶的压缩力学性能和结构演化过程。结果表明：双孔洞镁单晶在与加载方向平行时可承受的压应力峰值和势能峰值以及对应的应变程度最大;与加载方向垂直时次之,当与加载方向呈45°排布时最小,且与c轴呈90°排布的双孔洞镁单晶模型孔洞闭合速率最快。     

皮尔格冷轧无缝钢管成形工艺参数及力学研究

皮尔格冷轧无缝钢管工艺参数基本依靠经验选取,其选择不当会导致管材产生缺陷。基于此,本文选取304不锈钢冷轧重要工艺参数——送进量、回转角度和Q(变形压下段和精整段长度的比例)值,通过全流程数值仿真分析了成形过程中管材的力学及成品尺寸的变化规律。结果表明,皮尔格冷轧过程中轧制力、管材等效应力、残余应力以及外径回弹量均随着送进量和回转角度的增大而增大,随着Q值的减小而增大。