冷却结构对连铸结晶器铜板应力分布的影响

建立板坯连铸结晶器三维有限元热弹塑性结构模型,计算铜板等效应力及冷却结构对其影响。研究表明,冷却结构和传热条件决定铜板热面特定力学行为规律,宽面和窄面热面中心线应力分布规律相似,冷却结构尺寸并不改变铜板横截面应力分布的趋势。铜板厚度每增加5 mm,结晶器上部应力仅增大5~7 MPa,而镍层区域变化明显,宽面和窄面最大增幅分别约为60 MPa和50 MPa;镍层每加厚1 mm,宽面和窄面镍层中上部应力提升约20 MPa,而窄面镍层下部应力下降较急剧;当水流量和水温差恒定时,水槽深度增加,热面中心线应力减小,每加深2 mm,结晶器上部下降不足5 MPa,而下部变化较大,最大量达20 MPa。     

板坯连铸结晶器的热弹塑性力学分析

建立了板坯连铸结晶器三维有限元热-弹塑性力学模型,模拟了生产过程中铜板结晶器的变形和热应力分布,考察了铜板厚度、水槽深度、镍层对板坯连铸结晶器铜板变形和热应力的影响规律．结果表明,宽面和窄面中心的最大变形量分别为0．245和1.01mm,减少铜板厚度、增大水槽深度有利于降低铜板热面最大变形量与热应力值,而镍层厚度对铜板变形和热应力分布的影响不显著．     

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。     

Al—Li合金高温扭转变形行为

在Ｇｌｅｅｂｌｅ２０００热模拟机上对一种２０１９Ａｌ－Ｌｉ合金进行高温扭转试验,研究了合金扭转时的等效应力－应变关系和扭转变形组织特征,研究结果表明：合金表现出与压缩变形类似的稳态流变特征,扭转等效应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小;其变形过程属于受位错速率机制控制的热激活过程,等效应力、等效应变速率和温度之间基本上满足以曲正弦函数关系,扭转等效应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。     

TC21钛合金深筒件锻造成形过程数值模拟

采用有限元数值模拟,研究了变形速度、变形温度对TC21钛合金锻造过程中筒内各特征点的温度、等效应变与等效应力的影响。结果表明,随着变形速度及变形温度的提高,深筒件内部的等效应变先增加后减小,而等效应力总体呈现先减小、后大幅提高的趋势;当采用变形温度为945℃、变形速度为10 mm/s的工艺参数时,深筒件的可锻性能最佳。     

2205双相不锈钢高温变形行为及微观组织的研究

利用热模拟试验机Thermecmastor-E进行了950～1200℃,应变速率0.1～10 s-1、应变量10%～60%条件下2205双相不锈钢的高温压缩试验,并观察了变形组织。根据测定的真应力-真应变曲线分析了不同应变、温度条件下的热变形激活能Q及其变形机制的变化。结果表明,随应变量的增加,试验钢的表观应力指数n和热变形激活能Q随之增加;热变形机制逐渐由动态回复过渡到动态再结晶。     

GH4141高温合金热变形行为及组织演变

通过热压缩实验研究了经均匀化处理后的GH4141合金在变形温度为1000～1200℃和应变速率为0.01-5 s^-1条件下的热变形行为,构建了GH4141合金的热变形本构方程,并分析了热变形过程中微观组织的演变规律。结果表明,GH4141合金的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的升高和应变速率的减小而显著降低。当变形温度为1100～1150℃时,由于动态再结晶的发生,动态软化逐渐与加工硬化达到平衡,流变应力基本不变,真应力-真应变曲线趋于平稳状态。基于Zener-Hollomon参数的双曲正弦模型可以很好地描述GH4141合金热变形过程中峰值应力与变形温度和应变速率的关系。GH4141合金热变形过程中的再结晶程度随着变形温度升高、应变速率减小和变形量增加而增加。当变形温度≥1100℃,应变速率为0.01～0.1 s^-1,变形量≥50%时,合金发生完全动态再结晶。     

热变形工艺对含硫非调质钢流变应力及组织的影响

在变形温度950~1150 ℃和应变速率0.01~5 s^-1下,通过Gleeble-3500热模拟试验机进行单道次压缩试验,研究了热变形工艺对含硫非调质钢F45MnVS流变应力及组织的影响。结果表明:随着应变速率的增大,热压缩过程中的峰值应力增加,随着温度的升高,峰值应力降低;动态再结晶平均晶粒尺寸随着应变速率、变形量的增加而减小,随着温度的提高而增大。     

TB6合金热压缩流变应力行为

在变形温度700～860 ℃、应变速率0.001～1 s-1下,对TB6合金进行热压缩变形,以研究TB6合金的热压缩流变应力行为.研究温度、变形量、应变速率等因素对TB6热变形流变应力的影响,建立了TB6合金热变形流变应力的本构模型方程.结果表明:合金在热压缩过程中,流变应力随着应变的增大而增加,达到峰值应力后逐渐趋于平稳;应力峰值随着应变速率的增大而增大,随着温度的升高而呈减小趋势.     

6061铝合金热变形行为及动态再结晶研究

通过Gleeble-3500热压缩模拟试验机对6061铝合金进行热压缩实验,借助金相显微镜和透射电子显微镜研究合金在变形温度为340℃?490℃,应变速率为0.001s-1?1s-1条件下热变形和动态再结晶行为。结果表明：合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率十分敏感,温度的升高和应变速率的减小都会促进动态再结晶的发生。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程,计算得出热变形激活能为235.155kJ·mol-1。采用加工硬化率-流变应力曲线确定了合金热变形过程中的临界应力（应变）和峰值应力（应变）与Z参数的关系模型。随着温度的升高和应变速率的减小,DRX临界应力(应变)和峰值应力(应变)而减小。依据Avrami方程建立了合金动态再结晶体积分数模型,动态再结晶体积分数随应变的增加,呈现先缓慢增加后迅速增加再缓慢增加的特征,所建模型能够较为准确的预测该合金的动态再结晶行为。     

基于分段热边界的杆件连续淬火过程的数值模拟

提出了一种针对连续淬火过程数值模拟的分段热边界方法,并得出了模型分段判据。以30CrNi3MoV钢多孔杆件为例,采用MARC软件对其进行了水淬模拟,得到了温度场、应力场、组织分布比例与硬度场。模拟结果表明,分段热边界法较整体热边界淬火模拟更符合实际工况,且工件内部温度随入水深度的增加而降低,工件应力由工件前端向后端衰减;淬火后的表面硬度为51.9~53.7 HRC,心部硬度为36.8 HRC,其与工件实际淬火后的硬度差最大不超过10%;孔偏向中心的畸变量为0.18~0.20 mm,工件长度的畸变量为1.85 mm,孔和工件的畸变量相差在5%以内。该结果验证了分段热边界方法的准确性。     

Study on inhomogeneous cooling behavior of extruded profile with unequal and large thicknesses during quenching using thermo-mechanical coupling model

The interfacial heat transfer coefficient between hot profile surface and cooling water was determined by using inverse heat conduction model combined with end quenching experiment. Then, a Deform-3D thermo-mechanical coupling model for simulating the on-line water quenching of extruded profile with unequal and large thicknesses was developed. The temperature field, residual stress field and distortion of profile during quenching were investigated systematically. The results show that heat transfer coefficient increases as water flow rate increases. The peak heat transfer coefficient with higher water flow rates appears at lower interface temperatures. The temperature distribution across the cross-section of profile during quenching is severe nonuniform and the maximum temperature difference is 300 °C at quenching time of 3.49 s. The temperature difference through the thickness of different parts of profile first increases sharply to a maximum value, and then gradually decreases. The temperature gradient increases obviously with the increase of thickness of parts. After quenching, there exist large residual stresses on the inner side of joints of profile and the two ends of part with thickness of 10 mm. The profile presents a twisting-type distortion across the cross-section under non-uniform cooling and the maximum twisting angle during quenching is 2.78°.     

铸态ER8车轮钢的热变形行为及本构模型研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为900～1250℃、应变速率为0.001～1 s-1的条件下对铸态ER8车轮钢进行热压缩试验,得到真应力-真应变曲线.结果发现:其真应力-真应变曲线符合动态再结晶型软化机制,变形初始阶段,材料发生硬化,真应力快速增加,随着变形的继续,材料发生动态回复,加工硬化速率...     

Optimization design of wide face water slots for medium-thick slab casting mold

A three-dimensional finite-element model has been established to investigate the thermal behavior of the medium-thick slab copper casting mold with different cooling water slot designs. The mold wall temperatures measured using thermocouples buried in different positions of the mold with the original designed cooling system were analyzed to determine the corresponding heat flux profile. This profile was then used for simulation to predict the temperature distribution and the thermal stress distribution of the molds. The predicted temperatures during operation matched the plant measurements. The results showed that the maximum temperature, about 635 K in the wide hot surface, was found about 60 mm below the meniscus and 226 mm from the center of the mold. For the mold with the type I modified design, there was an insignificant decrease in temperature of about 5 K, and for the mold with the type II modified design, the maximum temperature was decreased by about 15 K and the temperature of the hot surface was distributed more uniformly along the length of the mold. The corresponding maximum thermal stress at the hot surface of the mold was reduced from 408 MPa to 386 MPa with the type II modified design. The results indicated that the modified design II is beneficial to the increase of mold life and the quality of casting slabs.     

7150铝合金高温热压缩变形流变应力行为

在Gleeble-1500热模拟机上对7150铝合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为300~450 ℃和应变速率为0.01～10 s~(-1) 条件下的流变应力行为.结果表明:流变应力在变形初期随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;峰值应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述合金的热流变行为,其变形激活能为226.698 8 kJ/mol;随着温度的升高和应变速率的降低,合金中拉长的晶粒发生粗化,亚晶尺寸增大,再结晶晶粒在晶界交叉处出现并且晶粒数量逐渐增加;合金热压缩变形的主要软化机制由动态回复逐步转变为动态再结晶.     

渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢齿轮淬火畸变影响的模拟研究

采用有限元模拟软件,对热处理气淬过程中渗碳层对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场、应力场、应变场的影响进行了分析,并结合第一性原理方法对其作用机制进行了探索。结果表明:渗碳层厚度对18Cr2Ni4WA钢弧形齿轮温度场的影响较小,但是应力场结果显示当渗碳层厚度小于0.5 mm时,齿顶表面应力波动明显,齿顶表面的应力由渗碳层厚度0.1 mm的86.7 MPa增加至2.0 mm的278.6 MPa。应变场结果表明在渗碳层厚度为2.0 mm时,齿顶表面等效应变初始值达到2%。第一性原理计算结果显示随着碳浓度的增加,Fe-Fe原子之间的成键强度消弱,新形成的Fe-C键和Cr-C键明显增强,而且Fe与C原子之间电子密度呈明显的方向性。Fe-Fe键的消弱导致18Cr2Ni4WA钢的膨胀系数会随碳浓度增大而增大,因此齿轮因渗碳层过厚而产生的升温畸变在气淬降温阶段并不能恢复,从而加大齿轮尺寸跳动。     

一种新型水平连铸Al-Mn-Si-X合金热压缩变形流变应力

采用圆柱体在Gleeble-1500热模拟机上进行热压缩实验,对一种新型水平连铸Al-Mn-Si-X合金热变形流变应力行为进行研究,变形温度为350℃~500℃,应变速率为0.01s-1~10s-1。结果表明,流变应力先随应变的增大而增大,达到峰值后则逐渐减小并趋于平稳,表现出流变软化特征;而应力峰值是随着温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大。应用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系描述合金热压缩变形流变应力,其变形激活能Q=159.2kJ/mol。