镁/铝爆炸复合板轧制过程的热力耦合数值模拟

镁/铝叠层复合板作为一种新型的叠层复合材料,利用爆炸+轧制的工艺方法生产镁/铝叠层复合板能够充分发挥镁合金和铝合金的性能优势。应用ABAQUS有限元分析软件对镁/铝爆炸复合板在不同热轧工艺下的热轧过程进行模拟,分析了轧制过程中温度、压下率对复合板宽展、等效应变及翘曲程度的影响。模拟结果表明:复合板宽展随温度的升高而略微降低,随轧制压下率的增大而增大;轧制过程中金属主要沿轧制方向进行流动,最大宽展率为3.5%;从复合板头部到尾部,节点的等效应力先升高、再维持水平、最后下降,界面最大等效应变随压下率的增加由0.164增大至0.523;轧制过程中,界面处金属温度高于两侧金属温度,轧制结束后温度由350℃降至237℃;轧制温度为350℃、轧制压下率为30%时,轧制效果最好。     

6061/AZ31B/6061对称复合板的组织与力学性能研究

本文在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al对称复合板的组织与力学性能（英文）

在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061 Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到了铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了拉伸性能测试、微观组织和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Al_3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的抗拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的抗拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的抗拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

热轧制备Ti-6Al-4V/6061/AZ31B复合板及组织与性能研究

利用热轧复合工艺制备Ti-6Al-4V/6061/AZ31B(简称Ti/Al/Mg)叠层复合板,并研究了轧制温度对其组织与性能的影响.结果表明,Ti/Al/Mg叠层复合板中Ti/Al及Al/Mg界面结合良好.铝层和镁层的组织在厚度方向上是不均匀的,镁层组织的不均匀是由于轧辊与板材表面之间的摩擦力所致,铝层组织的不均匀是...     

铜/铝/铜复合板异步轧制变形行为有限元分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了铜/铝/铜复合板异步轧制成形弹塑性有限元模型,将有限元模型仿真结果同实际轧制实验结果进行对比,证明有限元模型的准确性。通过对异步轧制变形区进行分析和研究发现,在相同条件下,与同步轧制相比,异步轧制可以有效地减小轧制正应力,并增大后滑区摩擦应力;异步轧制搓轧区可以促进复合板结合界面的金属流动,在其他轧制条件相同的情况下,压下率越大,搓轧区越小,异步速比越大,搓轧区越大;靠近快速辊一侧结合界面铜板的等效应变要大于靠近慢速辊一侧结合界面铜板的等效应变,中间铝板的等效应变大于两侧铜板。随着异步速比的增大,复合板结合界面上两种金属的等效应变的差距逐渐缩小,变形将会更加协调,有利于增强复合板的结合强度。整体研究对铜铝复合板制备工艺的优化提供了理论依据。     

AZ31B/6061爆炸焊复合板平面应变压缩及轧制变形行为

采用爆炸+轧制工艺可以制备出较薄且表面质量较高的AZ31B/6061复合板,但AZ31B/6061爆炸焊复合板的轧制较难成功。本试验以平面应变热压缩对复合板的热轧进行物理模拟,通过轧前预热、AZ31B镁合金和6061铝合金的热压缩、复合板的平面应变压缩试验研究,选择出了合适的参数,成功地对复合板进行了轧制。结果表明,400℃5 min条件下压缩后的复合板在各压缩率下整体上包覆和"鼓肚"程度均比较小; AZ31B/6061爆炸焊复合板在400℃热轧温度下可以轧制成功,但不同压下率下轧制的复合板出现了不同程度的翘曲,且翘曲程度随着压下率的增加先减小后增大,30%压下率的复合板翘曲程度最小,平直度较高,无边裂,轧件质量良好。这种探究轧制参数的方法对于其他异种材料复合板也具有一定的参考价值。     

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明：随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。     

温度对波纹辊轧制镁/铝复合板界面组织及力学性能的影响

采用新型波-平轧制(CFR)工艺制备了镁/铝复合板,并与传统平轧(TFR)工艺进行了对比,研究了轧制温度对镁/铝复合板界面金属间化合物、基体显微组织和力学性能的影响.同时建立了二维轧制模型,分析了CFR和TFR轧制过程中应力和应变的变化.结果 表明,在相同轧制温度下,CFR制备的复合板金属间化合物厚度相对TFR较厚.随...     

波-平轧制钛/铝复合板界面组织特性及性能研究

建立Ti/Al复合板波-平轧与平轧有限元模拟并进行实验,分析不同轧制方式对复合板微观组织及力学性能的影响。结果表明,复合板压下率为40%时翘曲程度较35%更低,波-平轧复合板的等效应力及应变均大于平轧复合板,其结合界面未发现孔洞与裂缝,波峰处界面扩散层厚度为1.8μm,波谷处为2.4μm,而平轧复合板的界面扩散层厚度为1.6μm,并且波-平轧复合板Al板的再结晶程度高于平轧,其抗拉强度,抗弯性能,硬度也高于平轧复合板,但由于加工硬化作用延伸率较低。     

异步轧制铜/铝复合板界面结合强度研究

对不同异步速比条件下铜/铝复合板界面结合强度和剥离形貌进行了研究,分析了轧制变形区界面正应力、剪切应力以及等效应变对复合板结合强度的影响机制。结果表明:随异步速比的增加,铜/铝复合板界面的剥离强度先增大后减小,且在异步速比为1. 15时达到最大值34. 2 N·mm-1。从剥离形貌来看,异步速比为1. 15时复合板剥离界面上黏着的铝脊数量和面积达到最大,且异步速比大于1. 15时,剥离面黏着的铝屑明显增加。模拟结果分析发现:随着异步速比的增加,界面处的等效应变和剪切应力均逐渐增大,可有效促进金属间的结合效果。当异步速比大于1. 15时,轧制变形区出口侧的剪切应力急剧上升,对结合界面造成一定的破坏作用,因此复合板的剥离强度随异步速比的增加,呈先上升后迅速下降的变化趋势。     

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。     

压下率对不锈钢复合板制备的影响规律

复合界面结合状态直接影响复合板整体质量,界面结合性为复合板质量评价的主要性能指标。为制定保证复合板界面实现良好结合的合理压下率,采用有限元软件ANSYS对压下率10%、30%、50%下的Q345R低合金钢/316L不锈钢复合板真空热轧复合成形过程进行了模拟,并对不同压下率下复合板厚度方向上的应力场、应变场的分布规律进行了分析,实现不同压下率下复合板界面结合性判定,制定合理压下规程,并进行试验验证。结果表明,当压下率10%时,复合板界面结合处变形不稳定,无法实现良好的结合;随着压下率增大,复合板界面结合状态渐好;当压下率50%时,复合板界面结合处应力比较均匀,变形稳定,应变分布均匀,变形协调性较好,能够实现良好的界面结合。     

衬板轧制铝/镁/铝复合板的波纹界面结构及形成机理（英文）

提出一种采用衬板轧制进行AA1060铝/AZ31B镁/AA1060铝复合板的制备方法。结果表明：传统轧制铝/镁/铝复合板截面轮廓较为平直，而衬板轧制由于衬板可将剪切力部分转化为压应力，从而改变复合板板受力状态，在铝/镁界面连接处形成差速流动，故而界面轮廓呈现波浪状特征，层间实现互锁连接。界面连接强度为64 MPa，是传统轧制复合板的4倍。力学性能测试表明：衬板轧制复合板的抗拉强度可达210 MPa，比传统轧制法提高12.3%。综上可知，衬板轧制法为高性能铝/镁/铝异质复合板成形制造提供一种新思路。     

矩形断面铜包铝轧制成形有限元数值模拟

采用有限元数值模拟方法,研究了矩形断面铜包铝复合铸坯轧制成形铜包铝扁排时的金属变形和流动规律,以及工艺参数对宽展率和铜层厚度比的影响。结果表明,变形区宽面铜层在压下方向主要为压应力状态,而在轧制方向主要为拉应力状态。变形区窄面铜层在压下方向主要为压应力状态,但存在局部拉应力区,在轧制方向主要为拉应力状态。窄面铜层的双向拉应力是导致该位置易发生开裂的主要原因。在所研究的轧制工艺参数中,单道次相对压下率对轧制宽展率和铜层厚度比的影响最大,而采用较大的轧辊直径不仅可以获得较大宽展,而且对铜层厚度比的影响较小,因而铜包铝复合棒坯轧制时,宜采用较大的轧辊直径,并合理控制轧制的道次压下率。通过实验验证,数值模拟的计算精度可满足工程要求。     

不锈钢复合板轧制成形过程特性研究

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了304不锈钢和Q235低碳钢复合板在变形温度950～1150℃、应变速率0. 01～0. 1 s~(-1)条件下的热变形行为。为了描述高温流动特征,建立了不锈钢复合板的高温流变应力方程。由实验数据可知,流变应力随变形温度和应变速率变化明显,应变速率越大,变形温度越低,流变应力越大。应用Deform-3D有限元软件模拟了热轧不锈钢复合板在轧制过程中的变形特性,并对不同压下率下复合板厚度方向上的应力场、温度场和轧制力的分布规律进行了分析。结果表明:不锈钢复合板的表面应力最大,并由表层向内部逐渐减少;结合界面附近由于塑性功、热传导、热对流等综合因素,使得温度高于表面;通过实验测出的轧制力值与模拟值的变化趋势一致,且误差在15%左右,该模拟结果可为实际的生产提供参考。     

铜/铝/不锈钢三层复合板成形工艺研究

试验研究了铜/铝/不锈钢三层复合板成形工艺,旨在充分利用各组元的优越性,为应用于散热及炊具等方面用复合板原料提供技术支持。依据轧制复合及热处理工艺理论,主要对铜/铝/不锈钢复合板轧制及热处理成形工艺进行了试验研究。结果表明,随着轧制压下率的增加,复合板的抗拉强度和界面结合强度逐渐增大,杯突值逐渐降低;不锈钢层与冲头接触的杯突值大于铜层与冲头接触的;最优轧制工艺参数:加热温度350℃,保温5 min~10min,压下率33.3%;350℃退火1 h获得了较为理想的抗拉强度及界面结合强度。     

爆炸复合Al/Mg/Al叠层板轧制过程数值模拟研究

采用有限元法研究了爆炸复合制备Al/Mg/A1叠层板的轧制过程.结果表明:280℃时AZ31、7A52两种合金流变应力接近,具有较好的塑性,有利于叠层板轧制的均匀变形;咬入后开始阶段应变主要集中在铝合金板上,而镁合金板只有少数部位出现应变;随时间延长,铝合金板与镁合金板均发生了较为均匀的变形,有利于整体形变强化;随压下率的增加,铝合金板和镁合金板各点最大应变、最大应力、轧制力、咬入时间均增加,确立了压下率与最大轧制力、压下率与咬入时间的关系.     

不同热轧压下率对06Cr13/Q345R爆炸复合板微观组织和拉伸断口的影响

采用不同热轧压下率,对06Cr13/Q345R爆炸复合板进行了轧制实验。采用超景深显微镜和扫描电镜(SEM)分别对不同热轧压下率的06Cr13/Q345R爆炸+轧制复合板微观组织和拉伸断口进行了研究。结果表明:轧制后的06Cr13/Q345R爆炸复合板消除了爆炸产生的熔化区、空洞等缺陷;随着轧制压下率的增大,复合板的微观组织细化程度增加;热轧后,拉伸断口都是延性断裂,有非常明显的大量韧窝。     

轧制速率及再结晶对5052/AZ31/5052复合板微观组织的影响

在不同速率与压下量下热轧制备5052/AZ31/5052镁铝复合板。并选取在各速率下的最大压下量的复合板进行200℃×1 h退火,以消除残余应力。分析了不同轧制参数下镁铝复合板的结合状况,观察了组元板及层界面处的微观组织,阐明了织构与微观组织之间的关系。结果表明:随轧制速率与压下量的提高,复合板的结合程度提高,晶粒尺寸细化,塑性下降。镁层(c+a)锥面滑移系被大量激活,织构强度降低,再结晶程度增加。退火后,镁铝层界面处没有出现中间层化合物的。     

316L/EH40复合板可逆热轧过程数值模拟

为研究316L/EH40复合板在热轧过程中温度场对应力场、应变场的影响,建立了热轧过程的三维动态热力耦合计算模型,利用所建立的模型对复合板热轧过程进行了仿真计算,分析了轧制过程中温度场、应力场、应变场、残余应力的变化规律。研究结果表明:复合板基层表面温度变化范围最大;基层表面温度呈先下降后上升的变化趋势,复层中心与基层中心温度呈逐渐上升的变化趋势;等效压应力峰值由49.93 MPa逐渐变大至104.04 MPa;等效应变值呈台阶式上升的变化趋势;界面处残余应力沿宽度方向分布较为均匀,其中复层侧残余应力值较大,最大为93.7 MPa,基层侧残余应力值较小,最大为71.9 MPa。