圆坯三辊斜轧过程的三维有限元热-力耦合分析

用非线性有限元分析软件MSC.MARC/Autoforge,对圆坯三辊斜轧过程进行了三维弹塑性热-力耦合模拟仿真,得到了应力、应变场和温度分布。发现圆坯三辊斜轧时的应变强度在轧件纵剖面上的分布形态与圆坯二辊斜轧极为相似,也呈“W”型。在相同轧辊倾角条件下,圆坯三辊斜轧时变形分布的不均匀性明显比二辊斜轧时大。     

AZ31镁合金无缝管斜轧穿孔数值模拟

提出采用三辊斜轧穿孔方法制备镁合金无缝管,基于AZ31镁合金塑性变形特点和斜轧穿孔成形原理分析,建立AZ31镁合金的力学模型,设定AZ31镁合金斜轧穿孔的工艺和模具参数。利用Deform-3D有限元分析软件对AZ31镁合金在300~400℃温度范围内进行斜轧穿孔数值模拟,得到各个成形阶段坯料的等效应力分布和金属流动速度矢量图。模拟结果表明在350℃、0.01 s-1变形条件下,AZ31镁合金斜轧穿孔保持稳定轧制。根据模拟结果进行试验验证,结果表明在此工艺条件下斜轧穿孔后的AZ31镁合金管力学性能良好,验证了斜轧穿孔制备镁合金无缝管的可行性和有效性,为镁合金无缝管新的生产方法提供理论依据。     

S形截面不锈钢钢丝的成形与模拟分析

根据钢丝的截面形状与不锈钢的特性,采用1道辊弯及2道辊模拉拔的成形方案,并设计出轧辊的孔型,利用DEFORM3D软件对钢丝的成形过程进行模拟,截取工件周向上200个点的等效应力并分析各个方向上所受应力的变化,通过工件上等效应力、等效应变及金属流动状况分析了工件成形的变形机理。     

三辊斜轧穿孔工艺的数值模拟与实验分析

针对三辊斜轧穿孔工艺的特点,利用有限元方法对其工艺进行了模拟,分析了管坯在三辊穿轧过程中等效应变、等效应力分布以及轧辊扭矩、顶头受力的变化情况。将模拟结果与实验结果进行对比,模拟结果与试验结果基本吻合,可以作为新工艺开发和理论研究的参考。通过实验进一步分析了生产中存在的尾环、轴承失效等故障原因,可为设备的设计和工艺改进提供指导。     

TiB95合金管材斜轧穿孔工艺的有限元模拟

为了研究TiB95合金在高温下斜轧穿孔过程中管材金属的流动特点,采用ABAQUS有限元软件对其进行了三维热力耦合模拟,研究了轧辊压下率对TiB95钛合金斜轧穿孔的影响和轧制过程中管材的温度场和应力应变场分布规律。结果表明,压下率15%时有利于穿孔;管体温度升高了约90℃,导致轧制时整体温度在相变点温度以上;应力和应变呈W型分布,等效应力最大值出现在顶头前部周围,达到约69 MPa;等效应变最大值在内表面纵向出口处,达到约7.6。采用模拟所得优化参数,在二辊斜轧穿孔机上顺利轧制出尺寸和壁厚均匀的钛合金无缝管,证实了模拟结果的可靠性。     

基于临界空穴扩张比理论的不锈钢管高温韧性损伤研究

针对不锈钢管在高温塑性加工过程中出现的裂纹缺陷，在Gleeble-3800热模拟试验机上对TP321奥氏体不锈钢光滑棒材进行高温拉断试验，得到了TP321在温度850～1180℃、应变速率0.01～10 s^-1下的真应力-真应变曲线和试样拉伸断裂瞬间的等效塑性应变。结合有限元仿真，对试验结果进行了数值模拟，得到了应力三轴度的数值，从而计算出了临界空穴扩张比参数V_GC。在此基础上，验证了临界空穴扩张比参数韧性断裂准则在高温下的适用性。发现在特定温度范围内TP321断裂瞬间的V_GC与应变速率相关性较小，与温度呈线性关系，并建立了奥氏体不锈钢断裂瞬间的V_GC与温度的数学表达式。将得到的V_GC准则应用于TP321管坯的不同辊形斜轧穿孔过程中的韧性损伤，对比分析了不同辊形斜轧穿孔仿真结果，发现V_GC准则可准确预测缺陷情况。     

TC4钛合金厚壁管斜轧穿孔辊形对后卡的控制

针对TC4厚壁管斜轧穿孔时后卡频发现象,为达到通过增加变形程度获得更大内扩展变形的目的,设计了新型螺线形轧辊。利用刚塑性有限元模拟技术,通过不同辊形之间穿孔的内扩展量对比分析,验证了新型轧辊比普通锥形辊具有更有效的后卡控制能力。通过对内扩展量、应变及温度分布规律的解析,优化了螺线形轧辊形状。依据对主要变形参数的正交试验分析获得最优工艺参数,在满足对后卡的有效控制前提下,实现了均匀变形并获得了双态组织。通过最佳穿孔工艺:送进角15°、直径压下率8%及顶前压下率6%,顺利制备出了TC4钛合金的径厚比为3. 7的双态组织厚壁管。     

基于Deform的石油钻杆接头温挤压成形工艺参数优化

为了对石油钻杆接头温挤压成形过程的参数进行优化,基于Deform软件模拟了它的成形过程。通过正交试验,选取锻件初始温度、挤压速度及摩擦系数三个因素,对目标函数等效应力最大值、等效应变最大值及温度差的模拟结果进行了显著性分析,绘制了工艺参数与目标函数的关系曲线图。通过分析得到最优工艺参数组合为:温度800℃,挤压速度50 mm/s,摩擦系数0.3。     

三辊冷轧管机轧制过程的数值模拟与试验研究

在简化三辊冷轧管机轧制过程的基础上,根据钢管冷轧过程的变形特点,采用Simufact有限元软件对其轧制过程进行有限元数值模拟。通过仿真模拟,分析了钢管的等效应力、等效应变分布规律及其截面变形特点,并与实际数据进行比较。分析结果表明:建立的有限元模型符合实际,模拟过程与实际轧管成型情况相符合;金属的塑性变形主要发生在减径段和减壁段;随着送进量、轧制频率的增加,轧辊的轧制力相应增大。     

双金属复合无缝钢管斜轧过程的有限元分析

本文应用MARC有限元软件并采用三维热力耦合的弹塑性有限元法,对不锈钢/碳钢双金属复合无缝钢管斜轧过程进行了有限元分析,得到了坯料断面孔型变形图,分析得出了应力、应变与温度场的分布,根据数值计算结果绘制了管坯斜轧过程中辊缝下断面沿圆周的轴向应力、环向及径向应力分布曲线,并根据应力分布特点解释了钢管斜轧过程成形机理。研究成果可以为工艺参数的设计提供参考。     

热轧不锈钢板带粗轧机架高速钢轧辊的研制

由于不锈钢热轧板带产线粗轧温度高、压下量大、轧辊咬入角大、辊面受挤压力和摩擦力更大等工况特点,原轧辊材质的应用受到了限制。介绍了热轧不锈钢板带粗轧新型高速钢轧辊的研制情况,主要介绍了其化学成分、热处理工艺、内层材质的设计及其组织性能。该新型高速钢轧辊在国内某1 780 mm不锈钢热轧产线粗轧机组的应用取得了较好效果,毫米轧制量为7 000 t/mm,下机辊表面光洁,表面粗糙度为1.3～1.6 μm。     

42CrMo铸坯环件热辗扩有限元模拟与分析

基于ABAQUS软件平台,建立了42CrMo大型环形铸坯热辗扩三维热力耦合有限元模型,模拟了铸坯热辗扩过程中应变场和温度场,研究了初始辗扩温度对辗扩力的影响规律.模拟结果表明在环形铸坯热辗扩过程中：①铸坯等效应变呈阶梯状上升,内外表面应变大于中间层应变;在稳定成形阶段,沿环件径向方向,由于导向辊与芯辊直径差异,导致环件最大平均等效应变可能出现在环件内表面也可能出现在环件外表面;②初始阶段,变形区与成形辊接触处温度降低较快,非变形区温度变化不是很明显;随着辗扩的进行,芯部温度逐渐上升,边缘温度低,温度分布不均匀;③随着铸坯初始辗扩温度升高,平均辗扩力明显下降,但随时间变化趋势保持一致.     

不锈钢复合钢管组织及其性能

采取外层先离心浇注10号钢,再浇注内层1Cr18Ni9Ti得到离心复合空心管坯,管坯内外表面加工后进行热挤压和冷轧,试制出了47mm×4.5mm的碳钢/不锈钢复合钢管,对不锈钢离心复合管坯生产复合钢管工艺路线进行研究,并对复合管金相组织、性能及结合层质量等方面进行分析。结果表明,复合管内外层冶金结合良好,晶粒明显细化,终轧后晶粒由铸态时3.0～3.5级变为7.0～8.0级,复合管压扁、弯曲及热处理后晶界腐蚀检验合格。     

Hot Deformation Behavior and Processing Maps of a High Al-low Si Transformation-Induced Plasticity Steel: Microstructural Evolution and Flow Stress Behavior

Hot deformation behavior of a high Al-low Si transformation-induced plasticity(TRIP) steel was studied by an MMS-300 thermo-simulation machine at the temperature range of 1050–1200℃ and strain rate range of 0.01–10s~(-1). The constitutive equations of the TRIP steel were established at high temperature by fitting the strain factor with a sixth-order polynomial. The instability during hot rolling was discussed using processing maps. The results reveal that two types of flow stress curves(dynamic recrystallization and dynamic recovery) were observed during the hot compression of the high Al-low Si TRIP steel. Flow stress decreased with increasing deformation temperature and decreasing strain rate. The predicted flow stress of experimental TRIP steel is in agreement with the experimental values with an average absolute relative error of 4.49% and a coefficient of determination of 0.9952. According to the obtained processing maps, the TRIP steel exhibits a better workability at strain rate of 0.1s~(-1) and deformation temperature of 1200℃ as compared to other deformation conditions.     

采用铌中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧连接界面的显微组织及性能

进行了钛合金与不锈钢采用铌中间层的真空热轧连接实验,分析了连接界面的显微组织及性能。结果表明,采用铌中间层能够明显提高接头的塑性。当压缩率为25%,轧制速度为38 mm/s,热轧温度为800°C和900°C时,不锈钢与铌的连接界面没有明显的金属间化合物层;当热轧温度为1000°C和1050°C时,不锈钢与铌连接界面形成Fe-Nb金属间化合物层,并且当热轧温度为1050°C时在金属间化合物层与不锈钢之间出现开裂。铌与钛合金连接界面的扩散层厚度随着热轧温度的升高而增大。热轧温度为900°C的连接接头的拉伸强度可达-417.5MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。热轧温度为800°C的热轧过度接头分别与钛合金和不锈钢进行TIG焊接,TIG焊后热轧过度接头的拉伸强度可达-410.3 MPa,拉伸试样断裂于铌中间层,断口呈塑性断裂特征。     

316L不锈钢25～350℃中的拉伸行为及流变应力计算

通过高温试验装置在模拟井下工况温度25～350℃范围内进行了316L不锈钢的拉伸试验。结合拉伸试验数据、拉伸后微观结构以及断口形貌对316L不锈钢的25～350℃范围内的拉伸变形行为进行了探讨。应用温加工变形理论,建立了316L不锈钢在井下温度场环境中的形变本构方程。基于拉伸试验数据,计算了应变速率因子Z,变形激活能Q,建立了316L不锈钢温变形过程的流变应力计算模型,为完井设计中膨胀管膨胀施工提供了参考依据。     

00Cr22Ni13Mn5Mo2N奥氏体不锈钢的精轧工艺

为了研究00Cr22Ni13Mn5Mo2N奥氏体不锈钢的精轧工艺,使用Gleeble-3800热模拟试验机模拟00Cr22Ni13Mn5Mo2N奥氏体不锈钢在变形温度为800、850、900、950 ℃,变形量为40%、50%、60%,应变速率为50 s^-1条件下的热压缩变形行为,并对其进行1080、1120、1160 ℃的固溶热处理,观察固溶热处理前后的组织形貌。结果表明:在800~950 ℃热压缩温度下,随变形量增大,再结晶越完全,再结晶平均晶粒尺寸越细小;经固溶处理1 h后,静态再结晶就越充分。在40%~60%变形量下,随热压缩温度升高,再结晶越完全,再结晶平均晶粒尺寸越大。热压缩变形试验钢随固溶处理温度升高,再结晶平均晶粒尺寸越大。00Cr22Ni13Mn5Mo2N奥氏体不锈钢的精轧最佳轧制温度为800 ℃,压缩变形量为60%,固溶温度为1080 ℃。     

钢管斜轧延伸的金属变形研究及孔型设计(上)

简要分析了斜轧延伸轧管技术的发展状况。通过对AccuRoll轧管机变形区中金属变形的理论分析和试验研究,探讨了轧制工艺特征和工具对轧制变形的影响。在将计算机技术应用于变形区模拟分析和钢管主变形分析后,提出了斜轧延伸孔型设计的基本原则。试验研究表明,通过AccuRoll轧管机的孔型设计,可实现减径、等径和扩径3种轧制形式。通过优化孔型设计,用AccuRoll轧管机轧制薄壁管,其D/S值已达到41。该工艺技术的发展将进一步提高轧制薄壁管的稳定性和轧制速度。     

基于PSO-ELM的316L不锈钢细长管磁粒研磨内表面粗糙度预测模型

针对316L不锈钢细长管磁粒研磨加工过程中,最佳工艺参数难以选择,以及加工后对工件内表面粗糙度（Ra）的预测问题,将影响磁粒研磨316L不锈钢细长管内表面粗糙度的四个工艺参数作为输入值,内表面粗糙度作为输出值,构建粒子群（PSO）优化极限学习机（ELM）模型来预测316L不锈钢细长管内表面粗糙度,利用PSO对工艺参数进行全局寻优,获得最佳工艺参数组合,最后通过试验与预测结果进行对比。构建的PSO-ELM表面粗糙度预测模型拟合优度R2为0.984 8,绝对误差（MAE）为0.013 4,均方根误差（RMSE）为0.021 4。得到的最佳工艺参数组合为：主轴转速2 389.011r/min,进给速度3.167 mm/s,磨料粒径216.185μm,加工时间35.856 min,预测Ra为0.178μm。对工艺参数进行调整,试验得到的Ra为0.182μm,与预测值相比误差为2.24%。基于PSO-ELM方法构建316L不锈钢细长管内表面粗糙度预测模型,实现对工件内表面粗糙度的精确预测,应用粒子群方法得到最佳工艺参数组合,提高了磁粒研磨316L不锈钢细长管的加工效率。     

Influence of Finish Rolling Temperature on Microstructure and Mechanical Properties of a 19Cr1.5Mo0.5W Ferritic Stainless Steel

A 444-type heat-resistant ferritic stainless steel containing 0.05 wt% Ce(rare earth element) and 2 wt%(Mo+W) was adopted as an experimental material to study the effect of finish rolling temperature on microstructure and texture evolution as well as on mechanical properties and formability.The rolling processes contain hot rolling at two different finish rolling temperatures(860℃ and 770℃) and annealing,cold rolling and subsequent annealing.It was found that the microstructures after hot rolling and annealing could be refined by lowering finish rolling temperature.The resultant microstructures after cold rolling and annealing were hereditarily refined.Lowering finish rolling temperature can weaken α-fiber texture in hotrolled or cold-rolled ferritic stainless steel strip,while γ-fiber texture in the final product was homogeneously strengthened.Additionally,enhanced mechanical property and formability in terms of strength and average plastic strain ratio could be obtained via decreasing finish rolling temperature.