三辊斜轧钛合金棒材成形的数值模拟

运用软件Deform-3D数值模拟了钛合金大规格棒材的轧制过程。建立了绝对压下量分别为30、41、50 mm的工艺条件下φ300 mm×2000 mm棒坯三辊斜轧的数值模型,分析了轧制过程中轧件的等效应力、应变的分布及变形规律,并利用点追踪分析了不同压下量轧件横截面上的轧制力、等效应力、应变和损伤的变化规律。模拟结果表明,轧制过程稳定,等效应力、应变分布均匀;轧制力、等效应力-应变和损伤随压下量的变化而变化,心部损伤明显并呈现一定的变化规律。试验验证了模型的合理性和可行性。模拟结果可为后续的工艺参数优化、心部裂纹研究及试验提供参考依据。     

重轨BD2异形孔型可逆轧制过程的有限元模拟分析

通过翻转和平移轧辊的方法来实现轧件翻钢和侧向推钢过程,并通过给轧件加载一个加速度来实现可逆轧制,在此基础上对60 kg·m-1的U71Mn钢重轨轧制BD2异形孔可逆轧制过程进行了三维热力耦合有限元模拟,分析了轧件在各道次轧件横断面等效应变分布、温度场变化以及轧制力数据。结果表明:轧件的中心存在一个较大的低变形区域,并且随着轧制进行被分隔成两个部分,最终在轨头以及轨底的中心位置形成两个低变形区域,这种变形规律不利于铸坯心部缺陷的修复,轧件内部最高温度出现在轧件心部到表面的中间位置。温度和及轧制力的实测值与模拟值吻合良好,验证了模型的有效性。     

轧制温度对铝箔粗轧过程应力应变的影响

研究了轧制温度(350、400、450℃)对应力应变及损伤因子的影响规律。利用DEFORM-3D有限元软件模拟了铝箔坯料的热轧过程。分析了轧件表面不同位置点的应力应变以及损伤因子。结果表明,轧制温度对应变的影响较小,轧制温度450℃时等效应力和损伤因子最小。     

不同规格高速线材减定径轧制变形和温度分析

为确定不同规格高速线材减定径轧制轧件变形和温度变化,借助有限元模拟的方法研究了4道次减定径轧制过程。模拟3种产品规格为φ8,φ12,φ16mm的圆钢。研究表明：高速线材减定径轧制产品规格越小,轧件变形程度和温升越大;轧件温升与等效塑性应变有关,轧件断面温度不均主要是由不均匀变形引起的。     

500热连轧窄带钢粗轧工艺优化及有限元分析

针对某500热连轧窄带钢生产线Φ650三辊粗轧机组采用双根轧制代替单道次轧制的优化方案,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对Q235B钢优化前、后的整个粗轧过程进行了数值模拟分析。分析结果表明:优化前后轧件断面温度、等效应力-应变分布规律基本一致;特征点温度与实测值吻合良好,前5道次轧件侧面出现了明显的双鼓形;由于采用共轭孔型轧制,上下轧槽直径不对称,轧件上表面应力、应变比下表面略大;对优化前后的轧制力及轧件尺寸进行了分析对比,校核了优化前后粗轧机的主设备能力。优化结果表明优化后的轧线生产能力提高28.47%。     

GH4169异型材单轧槽轧制工艺

采用轧制工艺生产GH4169合金异型材,结合实验条件,基于有限元模拟软件建立了单轧槽少道次轧制过程的三维刚塑性有限元模型。采用异型坯作为坯料,分析了轧制过程中孔型充满度、变形温度、等效应变和等效应力的分布情况。模拟结果表明,采用Φ160 mm×200 mm轧机时,初轧温度为1070℃,断面收缩率为45%,单轧槽两道次轧制成形,孔型充满度良好,等效应变约为0.3~1.4。结合模拟结果,在轧机上进行了热轧实验,轧件厚度满足尺寸要求,宽度比成品小2 mm,没有发生晶粒细化。这主要是由于多火次、多次数轧制,使得加热引起的晶粒长大程度大于小变形量引起的晶粒细化程度,使得晶粒未细化,宽度不够。     

AZ80镁合金开口凸模旋转挤压过程中的空洞演化研究

针对镁合金材料中存在的空洞问题,利用DEFORM-3D有限元软件对AZ80镁合金开口凸模旋转挤压过程中的空洞演化进行了数值模拟,研究挤压速度和旋转速度对球体型空洞缺陷演化的影响,得到空洞闭合的临界条件。结果表明:挤压速度(取值范围为0. 05～5 mm·s~(-1))小于0. 5 mm·s~(-1)时,挤压速度越大,空洞闭合速度越快,空洞闭合所需临界压下量越小;挤压速度大于0. 5 mm·s~(-1)时,挤压速度越大,空洞闭合速度越慢,空洞闭合所需临界压下量越大;旋转速度(取值范围为0. 04～0. 4 rad·s-1)越大,空洞闭合速度越慢,空洞闭合所需临界压下量越大。通过分析变形过程中空洞周围的应变场,提出当空洞周围的等效应变达到0. 453或者更大值时,空洞闭合。在Gleeble-3500热模拟机上进行物理实验,验证了模拟结果的可靠性,为进一步的实验研究提供指导。     

5052铝合金板材热轧过程塑性变形及应力分布的三维热力耦合模拟

对5052铝合金板材热轧过程进行了三维热力耦合模拟,综合考虑热轧过程中轧制速度、变形温度、道次压下量和摩擦系数等因素对热轧过程中轧件变形区内塑性变形和应力分布的影响,建立了多参数的热力耦合热轧模型。结果表明,在轧件变形区内,因加工硬化与动态软化的综合作用,其流变应力呈典型的动态再结晶特征。在变形区内轧件表面因金属流动剧烈,其等效塑性应变和应变速率远远大于轧件心部,塑性变形显著。轧制速度是轧件温度场分布最重要的影响因素之一,轧制速度越大,轧件的温升就越高;而温度是影响等效应力大小的主要因素,温度升高和应变速率降低都使得流变应力降低。     

材料Norton指数对空洞闭合行为与闭合规律的影响

基于单轴压缩数值模拟,系统地研究了空洞的闭合行为,分析了材料Norton指数对空洞闭合的影响规律。研究发现,材料Norton指数的变化对等效应力、等效应变影响区的形貌的影响不大,但对等效应力的大小影响十分明显。Norton指数n越大的材料,空洞闭合所需变形量越小。     

中厚板轧制过程的数值模拟

以L245级管线钢材料的热物性参数(密度、泊松比、杨氏模量、热膨胀系数、热导率和比热)和热模拟压缩实验获得的高温变形时应力—应变曲线等试验数据为基础,在MSC.Marc软件中建立了该钢种材料数据库,并建立了中厚板多道次轧制过程的二维有限元模型。以铸坯厚度为220mm、成品厚度为25.4mm的热轧过程为例,通过对轧件与轧辊接触面间换热系数采用取不同常数值的方法,并依据其生产时所采集的各道次相关工艺参数,对该轧件全道次热轧过程进行了数值模拟,将各道次的轧制力计算值与实测值进行了分析比较,确定了轧件与轧辊间接触面换热系数的最佳值。利用本文模型对厚度为180mm的轧件单道次轧制过程进行了数值模拟,研究了不同变形工艺参数(轧制温度、道次压下率和轧制速度)对变形区等效应变和等效应力的影响。结果表明,在轧机设备能力及生产现场条件允许时,高温粗轧阶段纵轧道次可采用低速大压下率进行轧制成形,使变形较充分地向轧件芯部渗透,从而使钢板获得细小均匀的晶粒组织,有效改善钢板的强韧性能。     

基于感应加热的无孔型轧制数值模拟探讨

采用有限元分析软件模拟了高速线材生产中铸坯感应加热过程和粗轧无孔型轧制1~3道次的热连轧过程。计算并分析了感应加热过程温度的变化,分析了轧制过程中轧制力、等效应变和温度的变化。计算结果表明,当铸坯表面温度在950~1 100℃范围内时,表面温度越低,粗轧过程中铸坯断面变形相越均匀,变形更易渗透到铸坯中心位置。     

38MnVS6非调质钢大尺寸棒材往复热轧过程微观组织演化数值模拟

以热压缩实验所得38MnVS6非调质钢微观组织演化数学模型为基础,利用非线性有限元软件MSC.Marc,建立了38MnVS6非调质钢Φ90mm棒材往复热轧过程三维热-力-组织多场耦合有限元模型。微观组织演化数学模型通过MSC.Marc子程序与轧制热-力耦合有限元模型相耦合。计算并分析了38MnVS6非调质钢棒材10道次往复热轧过程中轧件的温度、再结晶分数以及奥氏体晶粒尺寸的分布和演化。结果表明,由于截面尺寸较大,轧件的温度场具有不均匀性,进而导致微观组织场的不均匀性。轧制过程轧件表面温度及轧制后奥氏体晶粒尺寸的实验值和模拟值吻合较好,验证了模型的准确性。     

热芯大压下轧制大方坯内部孔洞压合及表面裂纹分析

采用热芯大压下工艺可以消除大方坯芯部疏松、缩孔缺陷,然而大方坯应力状态复杂多变,符合大压下变形过程的断裂判据匮乏,制约了热芯大压下工艺的工业化应用。以GCr15大方坯为研究对象,通过设计异形压缩试样获取材料变形时不同的应力状态演化路径,还原了大方坯大压下过程复杂受力情况,建立了适用于热芯大压下轧制工艺的表面裂纹判据;结合大方坯芯部孔洞压合实验有限元模拟,分析了热芯大压下轧制时孔洞形状演变和表面开裂风险。结果表明：得益于热芯大压下大方坯的厚向温度梯度,压下率越大,对于铸坯芯部缺陷的改善效果越明显。当压下率为33.3%时,铸坯芯部孔洞实现完全闭合,且此时铸坯表面实际损伤值低于临界损伤值,不会产生新的表面裂纹缺陷。     

Ⅰ型扁钢轧制工艺优化

应用MSC.Marc软件建立了Ⅰ型扁钢4道次连续轧制过程中的三维有限元模型。以坯料30 mm×6 mm、成品25 mm×5 mm×3 mm的Ⅰ型扁钢热轧过程为例,研究了该轧件在不同轧制温度和轧制速度下的等效应力、等效塑性应变以及轧制压力的变化规律。结果表明,当初轧温度1150℃、终轧速度1.1m/s时轧制压力较低且较平稳,轧件的等效应力、等效塑性应变分布比较均匀,可以有效地改善产品质量。     

U71Mn重轨BD1可逆轧制过程的有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件对60 kg/m U71Mn重轨生产从铸坯出炉—高压水除鳞—BD1开坯直至BD2入口整个过程进行数值模拟。采用平/立交替代替道次翻钢的方式,保证了BD1可逆轧机数据的精确传递。分析了轧件在各道次变形区及轧后稳定断面处等效应力、等效应变的分布情况,得到了U71Mn重轨钢表面温降曲线及轧制压力曲线。结果表明:轧件表层与心部的应力、应变分布存在差异;稳定截面处第5道次侧面应力最大72.1MPa,且断面应变比较均匀;温度和轧制力计算结果与实测值吻合良好。     

镦粗过程中摩擦对空洞演变行为的影响

采用有限元模拟方法,模拟计算了摩擦因子为0. 3,0. 5和0. 7时,锻件不同位置空洞的闭合情况。分析了不同摩擦因子下,锻件不同位置的空洞高度的变化规律,结果发现:锻件内部空洞比边缘的空洞更容易闭合,并且随着摩擦因子的增大,内部空洞闭合速度加快,边缘空洞闭合速度减慢。分析摩擦因子、静水应力、等效应变、空洞闭合速度的关系发现:在锻件的内部位置,随摩擦因子增大,静水应力绝对值增大、等效应变增大、空洞闭合速度增大;在锻件的边缘位置,随着摩擦因子增大,等效应变减小、空洞闭合速度减小。摩擦因子对锻件边缘位置空洞闭合情况和等效应变的影响大于对锻件内部位置空洞的影响。     

不同加热条件下AZ31镁合金带材轧制过程的数值模拟

利用热-力耦合数值模拟方法分析了轧辊常温轧件加热300℃,轧辊轧件均加热到300℃及轧辊加热300℃和轧件常温三种不同条件时AZ31镁合金带材轧制过程的温度场、应力应变、速度及接触压力变化规律。结果表明:瞬间热效应使热辊热带轧制过程带材温升约30℃,热辊冷带轧制过程轧件温升约150℃;轧制过程速度和等效应变均呈S型变化,中性点靠近出口端,热辊冷带条件下轧件表面和心部等效应变差值随轧制过程变小,有利于均匀形变。在入口端中心的接触压力先增加后减小,随后接触压力缓慢增加,在中性点附近时,接触压力增加到最大值,然后逐渐减小,热辊热带进入稳态轧制后接触压力持续降低。     

大型40Cr13不锈钢环件径—轴向轧制工艺研究及优化

大型40Cr13不锈钢环件轧制成形复杂，在径-轴向轧制过程中，常存在参数设置不合理导致环件在轧制过程中出现失稳、偏移、异形等问题。针对这类问题，以目标外径为Φ2952 mm的大尺寸环件为研究对象，设计了4阶段式轧制曲线，选取轧制过程中的环件初始温度、驱动辊转速、环件外径增大速度等关键参数，并利用Deform-3D软件模拟轧制成形过程，分析了不同参数对径向轧制力、等效应变与温度分布的影响。结果表明：在4阶段式轧制过程，环件初始温度为1100℃、驱动辊转速为20 r·min^-1、环件外径增大速度为5.6 mm·s^-1时，成品环件的轧制力合适，且等效应变与温度分布均匀。     

Cr8Mo2SiV钢镦粗过程空洞演变的有限元模拟

运用FORGE有限元模拟软件对Cr8Mo2SiV冷作模具钢单空洞及双空洞在镦粗过程中的演变过程进行了模拟研究,并探索了锻件高径比、空洞尺寸、锻造温度和摩擦条件对空洞闭合程度的影响规律。采用?8 mm×15 mm的试样对单空洞锻造过程进行了物理模拟,物理模拟结果与数值模拟结果吻合。     

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。