极薄带轧制变形区轧辊压扁试验与有限元模拟

 极薄带在轧制及平整过程中,工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响,传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力,Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究,同时进行有限元模拟分析。试验过程中使用合金工具钢轧辊,轧制不同厚度的轧件,通过显微镜测量变形区各部位的厚度,得到变形区轧辊的近似轮廓形状。试验与有限元模拟结果表明,随着轧件厚度的减小,变形区出现了明显的中性区,但是很难出现Fleck模型中提到的弹性卸载区,因此计算极薄带轧制力时可以忽略中性区内的弹性卸载区以简化轧制力模型。     

极薄带最小可轧厚度理论及试验分析

 许多学者在试验中发现,试验得到的最小可轧厚度远小于常用最小可轧厚度公式计算得到的结果。针对上述问题,进行了最小可轧厚度理论分析,推导出新的最小可轧厚度公式。新公式计算的最小可轧厚度约为Stone公式计算结果的22%。通过实验室二辊轧机进行304不锈钢、纯铝、纯铜极薄带轧制试验,实测得到不同材质的试验最小可轧厚度。将实测结果和新公式计算结果及Stone公式计算结果进行对比,发现新公式计算结果更接近于实测结果,从而验证了模型的准确性。     

基于FEM分析轧制预变形对AZ31B镁合金热轧板材边部损伤的影响规律

基于FEM(finite element method)研究了轧制预变形对AZ31B镁合金热轧板材边部损伤的影响规律。选用Normalized Cockcroft&Latham损伤模型,在轧制温度为400℃、轧制速度为0.5 m·s^-1的条件下,对规格为50 mm×20 mm×15 mm的AZ31B镁合金板材预先使用凸度轧辊制备不同形状的板坯,使板坯中部的变形量一致,边部比中部分别高出2,4和6 mm,然后分别进行多道次、小压下率和单道次、大压下率平辊轧制模拟仿真。结果表明,轧制预变形能够显著降低镁合金板材边部的损伤,经多道次轧后板材边部的拉应力减小,应力三轴度降低,边部与中部的应变差值减小,边部金属与中部金属流动趋于同步,且在预设仿真方案范围内边部凸度越大,轧后板材边部的损伤值越小,最小损伤值为0.729。对镁合金板材预变形后可实现单道次、大压下率轧制,板材的边部温度和应变速率均有所增加,有利于降低轧制过程中的边部损伤。研究结果可为少或无边裂镁合金板材轧制工艺制定提供理论依据。     

波纹辊轧机辊系主共振分岔控制研究

基于波纹轧制工艺与结构,利用检测装置对小型波纹辊辊系系统进行了振动特性分析。考虑了波纹轧制界面的非线性阻尼和非线性刚度,建立了波纹辊轧机辊系二自由度非线性主共振动力学方程,应用多尺度法求解了波纹辊轧机辊系在主共振情况下的幅频特性方程,采用奇异性理论和普适开折理论得到了波纹辊系统稳态响应的转迁集及相应的分岔曲线拓扑结构,通过设计非线性参数控制器来改变波纹辊辊系的稳态响应,减小了系统的响应幅值和消除了共振时的鞍结分岔。通过数值仿真验证了该控制器设计的正确性和可行性,为抑制波纹辊轧机的辊系振动提供了一定的理论指导。     

超声振动辅助SUS304薄带塑性变形的Johnson-Cook本构模型

通过超声能场辅助SUS304薄带拉伸试验发现，薄带塑性变形过程中的流动应力明显下降，体现了超声的软化效应。硬化指数和硬化系数随着超声能量的增加呈指数增加，且伸长率也发生了明显的下降，说明超声能场的加入对材料产生了硬化作用。相较于常规拉伸，施加超声能场后薄带的应变速率也发生了明显的提升，说明超声提高了薄带的应变速率敏感性。基于Johnson-Cook本构模型，建立了超声能场作用下SUS304薄带塑性变形的本构模型，用于定量分析超声能场振幅对SUS304薄带塑性变形的影响。     

极薄带轧制板形解析模型与实验研究

在极薄带轧制理论的基础上,利用能量法建立了极薄带变形区出口处金属横向位移分布新模型,然后建立了考虑金属横向流动的张力模型。以二十辊轧机为研究对象,通过耦合轧制力模型、金属塑性变形模型、张力模型及辊系弹性变形模型,建立了二十辊轧机板形解析模型。利用实验室二十辊轧机进行了不同张力、第一中间辊锥长和第一中间辊锥度的极薄带轧制实验研究。针对每种实验工况利用上述解析模型进行了理论分析,理论分析结果与实验结果一致,结果表明第一中间辊锥长及锥度对极薄带板形调节效果比较明显,张力大小对微小的板形缺陷有调节效果,从而证明了解析模型的准确性。     

脉冲电流对TA1/304复合板结合性能的改性机制研究

针对传统热轧制备TA1/304复合板过程中存在高温易生成脆性化合物、低温不易结合的问题,提出了采用真空组坯+脉冲电流辅助轧制新方法。首先系统研究了750℃和300 A恒定电流作用下,24.4%、41.6%、54.4%不同轧制压下率对复合板的影响,发现41.6%压下率下剪切强度最高,达到356 MPa。在此基础上,针对41.6%压下率的轧制试验进一步分析了电流密度对TA1/304轧制复合的影响,分别进行了电流密度为0.57 A/mm²、1.15 A/mm²和1.72 A/mm²的轧制试验。不同电流密度下的试验结果表明,0.57 A/mm²时元素扩散不充分,剪切强度为296 MPa。1.15 A/mm²时界面元素扩散显著增加,结合强度提高,获得了良好冶金结合效果。而1.72 A/mm²电流密度较大,导致扩散加速引起的Kirkendall微孔洞,导致拉伸剪切强度下降,仅为209 MPa。因此,适当的电流密度与压下率相匹配是TA1/304不锈钢复合板在较低温度、较...     

波纹辊轧机辊系主共振时滞反馈控制

金属复合板波纹辊轧制成形是一项变革技术,在复合板轧制成形的过程中,轧制界面的非线性阻尼以及上下波纹辊之间的非线性刚度都可能导致主共振的发生,造成辊缝的波动.考虑了波纹辊轧机波纹界面间的非线性阻尼和非线性刚度,建立了波纹辊轧机两自由度垂直非线性数学模型.利用奇异值理论和相平面法讨论了波纹辊轧机辊系自治下的稳定性,运用多尺度法求解了波纹辊轧机辊系在波纹界面激励下主共振的解析近似解和幅频特性方程.分析了非线性刚度系数、非线性阻尼系数、系统阻尼系数、轧制力的幅值等参数对主共振的影响.设计了线性和非线性复合作用的时滞反馈控制器来对波纹辊系的主共振进行控制,并且通过数值仿真验证了控制器设计的正确性和可行性.     

脉冲电流对T2纯铜/304不锈钢复合薄带变形性能与组织的影响

为了研究脉冲电流大小和频率与T2纯铜/304不锈钢复合薄带的强度和延展性等力学性能之间的关系，通过冷轧结合450和970℃两种温度的退火工艺制备了软硬两种状态的复合薄带，并分别对其进行了脉冲电流辅助单向拉伸试验。通过微观组织与断口形貌观察分析了复合薄带变形机制与脉冲电流的作用机理。结果表明，脉冲电流会引起复合薄带的软化，同时导致伸长率降低。当频率不变时，随着电流的增大，纯铜/不锈钢复合薄带的软化与伸长率降低的现象愈加显著；但电流一定时，改变频率对软化效果影响并不明显。脉冲电流对复合薄带性能的影响源于其对钢侧变形协调机制的调控，通过抑制奥氏体的孪生与相变过程降低了复合薄带整体变形抗力。拥有奥氏体再结晶组织的软态复合薄带表现出的软化现象比拥有轧制变形组织的硬态复合薄带更加显著。     

钛/钢层合板轧制复合研究进展与展望

钛/钢层合板兼具钛的耐腐蚀性与钢的良好强度和塑性,广泛应用于海洋工程装备、水电站、核电站、核潜艇等领域。为进一步推动对钛/钢层合板的深入研究,促进钛/钢层合板的发展,对近年钛/钢层合板制备方法进行分析。分析发现轧制法作为一种经济、环保的制备方法,将会成为制备钛/钢层合板的主流工艺,因此重点讨论轧制钛/钢工艺参数、界面组织特征、界面结合机理与化合物形成机制。分析制备温度、轧制工艺、化合物种类、退火工艺等因素对钛/钢层合板力学性能的影响,发现变形不协调、温度与脆性化合物始终是影响层合板界面强度提升的重要因素。通过添加中间层可以在一定程度上改善界面成分并提高界面结合强度,而温度过高会导致严重的界面缺陷。因此,钛/钢层合板未来的研究方向与发展前景是通过轧制法制备波纹界面层合板以及将辅助能场引入层合板轧制领域。