黄亮[1]2004年在《不锈钢复合板热轧复合仿真及参数分析》文中进行了进一步梳理本文利用大型有限元软件 MARC 模拟了不锈钢复合板的热轧过程,并讨论了不锈钢复合板轧制过程最佳相对压下量问题。利用数值模拟对轧制过程的仿真是目前轧制领域内研究的重要课题。数值模拟中的有限元法随着计算机的发展推出的计算软件 MARC 能够实现求解大型接触问题和多重非线性问题。不锈钢复合板的模拟较为复杂,划分的单元较多,又存在着材料的高度非线性。双金属轧制过程中金属塑性变形行为复杂,变形区内双金属接触界面附近的应力-应变的变化也很复杂。本文在对复合板轧制过程中的粘合特性进行分析的基础上,采用了适当的轧制和界面假设条件,建立了包括上辊、双层金属在内的叁维模型,采取适当的加载和约束条件,对不锈钢复合板的热轧做了成功的模拟,最后得出了不同相对压下量条件下,轧制变形区内应力应变的分布情况以及轧制力的叁维分布。在此基础上分析出不锈钢复合板在保证粘合基础上的最小相对压下量,这与实际生产工艺条件也是一致的。轧制过程的有限元模拟已开展多年,但在叁维有限元模拟下对变形区域内的应力-应变分布的研究很少,尤其是双金属复合板热轧复合过程的有限元模拟尚未见报道。因此,本文利用有限元软件 MARC 对不锈钢复合板的轧制复合过程模拟并获得了热轧复合的最小相对压下量条件,具有一定的创新性。
杨旭坤[2]2017年在《不锈钢/低合金钢复合成形多尺度耦合模拟与实验研究》文中研究说明热轧不锈钢复合板是将不锈钢复材和低合金钢基材进行迭加,在热和力的作用下产生固相结合的一种层状复合材料。其使用可以减少贵重金属的消耗,大幅度降低设备制造成本,被应用到诸多领域。不锈钢复合板的界面结合质量是评价其性能的关键指标,合理轧制参数的设定对复合板的界面结合质量有着至关重要的影响。本文以获得高品质真空热轧316L/Q345R不锈钢复合板为目的,采用数值模拟与实验研究相结合的手段,对复合板界面结合特性进行深入研究:应用物理模拟实验方法获得316L和Q345R的真实应力-应变曲线和热物性参数,利用DEFORM-3D软件建立不锈钢复合板宏观尺度和介观尺度仿真模型,设定不同的轧制参数进行复合板多尺度耦合模拟,按界面结合条件进行复合板结合状态判定,结合对基层晶粒的大小及分布状况分析,制定较为合理的热轧成形参数。利用数值模拟技术对不锈钢复合板七道次热轧过程进行仿真,得到基层、复层以及界面处的温度分布状况;分析各道次轧制残余应力变化规律,并对轧后基层和复层界面处的残余应力分布进行了研究;此外,本文对七道次轧制过程中应力-应变场分布和轧制力分布规律进行了研究。利用对称组坯技术制备不锈钢复合板真空热轧坯料,基于数值分析结果进行复合板真空热轧实验。采用金相显微镜和能谱仪观察基层、复层、界面组织形貌及界面夹杂物、氧化物成分,并进行界面元素扩散分析;用维氏硬度计测量界面附近硬度,绘制硬度变化曲线;进行剪切、弯曲、拉伸等实验,测定不锈钢复合板的基本力学性能,进而验证数值模拟结果的准确性。通过上述研究工作,采用数值模拟与实验研究相结合的手段,研究不锈钢复合板宏观、介观行为以及微观组织与性能,为不锈钢复合板制备提供参考。
武尚群[3]2015年在《不锈钢复合板热轧仿真模拟》文中进行了进一步梳理随着现代工业对于材料的要求越来越高,人们对于复合材料的需求也越来越旺盛。不锈钢复合板因其高性能、高性价比的优势,在未来必将获得更广泛的应用。热轧不锈钢复合板作为目前被使用最广泛的生产方法之一,因其对设备性能要求低、适合于批量生产等特点,近年来一直是研究的重点。有限元仿真相对于传统的实验研究和理论研究方法,具有过程可控性强、节约成本、计算结果精确等特点,更适合于定量的分析塑性加工过程中的各种规律。轧制复合过程因其高度非线性的特点,使得准确进行有限元模拟具有很大的难度。本文采用弹塑性有限元法,使用ABAQUS有限元分析软件,建立了热力耦合的不锈钢复合板热轧仿真模型,提出了改进的热轧复合判据,研究了热轧不锈钢复合板的变形行为。具体研究内容如下:(1)通过结合多种复合理论,提出了一种结合应力、应变与速度场的复合判据。并推导了复合板轧制的轧制力公式,以便于与模拟结果对比,验证其准确性。(2)对比不同压下率情况下的应力、应变、速度场分布、残余应力和温度场的变化,以分析压下率对于轧制复合效果的影响,得出临界复合压下率,并通过复合判据进行判断,以确定最佳压下率范围。(3)对比不同压下率、不同初始板厚比下的轧后的厚度分配、延伸率和翘曲现象,进而分析压下率与板厚比对于轧制过程中不锈钢板与碳钢板变形行为的影响,为准确预测轧后复合板厚度比、确定最佳的压下率与厚度比提供依据。(4)模拟了同径异步轧制不锈钢复合板,以验证异步轧制可以减轻轧后翘曲现象,证明其可用于改善轧后板形,提高轧制复合质量。并通过对比多种轧制速度,以确定最佳的异步速比。
金贺荣, 张磊[4]2018年在《多道次热轧不锈钢复合板热力耦合模拟及实验研究》文中进行了进一步梳理采用热力耦合数值模拟与实验研究相结合研究了多道次热轧不锈钢复合板成形过程。通过对7道次热轧过程的仿真,得到了基层、复层以及界面处的温度变化曲线,明晰了多道次轧制下复合板等效应力变化规律,揭示了轧后基层和复层界面处的残余应力分布状态。利用对称组坯技术制备了不锈钢复合板真空热轧坯料,基于数值分析结果进行复合板真空热轧实验。采用金相显微镜和能谱仪观察了试样基层、复层、界面组织形貌,分析了沿轧件厚度方向微观组织分布不均的原因,并进行了界面元素扩散分析,得到了不锈钢复合板界面处的主要扩散元素,对数值模拟结果进行了验证,为不锈钢复合板制备提供了参考。
王光磊[5]2013年在《真空热轧复合界面夹杂物的生成演变机理与工艺控制研究》文中研究指明层状金属复合板既可以兼备多种材料的优良性能,又可以节约稀贵材料降低成本,应用非常广泛。热轧复合法逐渐取代爆炸复合法成为金属复合板生产的主要方法。作为热轧复合法的一种,真空热轧复合法既解决了传统的爆炸复合法效率低、污染大、产品尺寸小等问题,又避免了直接热轧复合界面氧化严重的缺点,因而成为宽幅高品质复合板生产的重要方法。界面夹杂物是影响真空热轧复合界面性能的关键因素,基于此,本论文利用真空热轧复合法制备了特厚复合钢板、不锈钢复合板及钛/不锈钢复合板,并以此为研究对象,针对界面夹杂物的生成及演变机理、界面夹杂物对复合性能的影响及各复合工艺对界面夹杂物的影响等进行了深入系统的研究。本论文的主要工作及研究成果如下：(1)利用真空热轧复合法制备特厚复合钢板,研究分析复合界面夹杂物的生成机理。结果表明：特厚钢板复合界面处存在的氧化物生成于加热过程中,为碳钢基体内氧亲和力高的合金元素与界面残余氧发生反应生成的选择性氧化物及内氧化物。(2)研究组坯真空度、轧制压下率对特厚复合钢板界面夹杂物的影响,分析界面夹杂物形态对界面复合性能的影响。研究表明：组坯真空度直接影响复合界面夹杂物的生成数量及尺寸,真空度越高,界面氧化物生成量越少,尺寸越小,复合界面的结合强度越高,韧性越好；轧制过程中界面夹杂物被粉碎、弥散,轧制压下率越大,界面夹杂物被粉碎的越厉害,分布越弥散,对结合性能的影响越小；高真空组坯,压下率达到50%后,特厚复合钢板界面性能可以达到与基体相当的水平。(3)利用真空热轧复合法制备不锈钢复合板,研究分析复合界面夹杂物的生成机理。结果表明：加热过程中,界面夹杂物多生成于不锈钢侧,不锈钢侧Cr与O结合生成Cr203,后被Al、Si、Mn等对应氧化物稳定性更高的元素置换出来,形成混合氧化物。(4)研究组坯真空度、轧制压下率对不锈钢复合板界面夹杂物的影响,分析界面夹杂物对界面复合性能的影响规律。研究表明：组坯真空度越高,界面氧化物生成量越少,尺寸越小,界面剪切强度越高,韧性越好,低真空及高真空下组坯界面性能均达国标要求；轧制压下率越大,界面夹杂物粉碎越厉害,分布越弥散,界面剪切强度越高,压下率高于20%,界面强度便可达国标要求。(5)利用真空热轧复合法制备钛/不锈钢复合板,研究不加中间层界面金属间化合物(Intermetallic Compounds, IMC)的生成规律,研究复合温度对IMC生成的影响,研究IMC对复合性能的影响。结果表明：界面处生成Fe2Ti、FeTi、Cr2Ti和NiTi2等多种脆性IMC；随复合温度升高IMC厚度增大,界面剪切强度下降；800-950℃复合温度范围内,界面强度均不能满足国标要求。(6)加入Ni中间层,制备真空热轧复合钛/不锈钢复合板,研究Ni中间层对真空热轧复合钛/不锈钢复合板界面IMC生成的影响,研究复合温度对加入Ni中间层后的界面IMC的影响。研究表明：Ni中间层能有效阻止钛与不锈钢间的扩散,并抑制钛与不锈钢生成IMC；Ni与不锈钢间不生成IMC,Ti-Ni界面生成Ti2Ni、TiNi及TiNi3等脆性IMC；复合温度越高,IMC厚度越大,界面剪切强度随之降低；Ni中间层的加入有效的提高了界面结合强度,复合温度不高于900℃时,界面剪切强度可以满足国标要求。(7)加入Nb中间层,制备真空热轧复合钛/不锈钢复合板,研究Nb中间层对真空热轧复合钛/不锈钢复合板界面IMC生成的影响,研究复合温度对加入Nb中间层后的界面IMC的影响。结果表明：Nb中间层能有效阻止钛与不锈钢间的扩散,并抑制钛与不锈钢生成IMC;Ti-Nb界面不生成IMC,温度不高于900℃时,Nb与不锈钢不生成IMC,温度高于900℃后Nb与不锈钢界面生成FeNb脆性IMC,并造成界面强度降低；850-1000℃范围内,加Nb中间层钛/不锈钢复合板界面结合强度均满足国标要求,900℃时界面强度达到最高值为397MPa。(8)分析真空热轧复合界面的结合机理及工艺控制原理。界面结合过程为：组坯后复合界面处存在大量间隙并残余微量气体；加热过程中,部分界面形成初始结合点；轧制过程,界面间隙闭合,界面形成大面积实际物理接触,界面原子被激活形成金属键连接；轧制及冷却过程界面发生扩散及再结晶形成牢固冶金结合。工艺控制原理为：加热过程中,部分金属界面与氧反应生成界面氧化物,真空度越高,氧化越弱；轧制过程,界面氧化物被包容进基体金属并被粉碎、弥散,压下率越大,粉碎越厉害,分布越弥散；扩散使界面形成冶金结合也导致部分金属间生成金属间化合物或kirkendall孔洞而削弱界面结合强度,通过控制复合温度和加入中间层可以调整界面扩散,从而弱化IMC和kirkendall孔洞等对界面强度的削弱作用。
王浩[6]2016年在《首道次压下率对不锈钢复合板结合率的影响及微观组织模拟》文中提出本课题利用JMatPro软件模拟计算得到了316L不锈钢和Q235碳钢在25-1400℃之间和应变速率在0.001-1000s-1之间应力应变关系,以及在高温下的杨氏模量、泊松比、膨胀系数、热导率等物理性能。通过JMatPro软件所得到的材料参数数据,建立了用于DEFORM-3D有限元软件模拟计算的材料模型和微观组织模拟的动态再结晶模型。对316L不锈钢/Q235碳钢复合板在不同首道次压下率下的热轧过程进行了数值模拟,得到了不锈钢复合板界面结合率和层厚比的变化规律。不锈钢复合板界面结合率随着首道次压下率增加而呈S型曲线增加,且当压下率为40%,不锈钢复合板界面结合率的模拟结果达到91.5%,比实验结果略高。而不锈钢层与碳钢层的厚度比与压下率呈线性关系增加。通过对316L不锈钢层在轧制过程中微观组织演变的模拟得到了压下率、轧制温度和轧制速度对不锈钢微观组织的影响规律和晶粒长大形态学分布情况。较大的压下率和较快的轧制速度都能获得较细小的晶粒形貌,在轧制温度范围内,适当的降低温度也能得到较细小的晶粒。晶粒的形状以六边形最多,多边形晶粒数量比低边形晶粒数量稍多,且晶粒边数呈正态分布。
王德蔚[7]2017年在《不锈钢/碳钢热轧复合的工艺研究》文中研究说明本文以304不锈钢和Q235组成的复合板为研究对象,使用Gleeble3800这一实验平台;依靠对Gleeble3800热模拟实验机相关特性的了解,以及前期大量的实验,排除了实验过程中加热电流的影响,探索出了一种可以准确控制温度、压下量以及真空度的热压缩复合的实验方法,为金属复合的实验研究的方法提供了一定的参考。进行了不锈钢/碳钢热压缩复合实验,并对不同工艺参数下不锈钢/碳钢复合试件的抗拉结合强度进行了测量,探讨了温度、压下量对复合强度的影响。应用ABAQUS有限元软件,建立了热轧复合的有限元模型,并确定了轧制复合板时相关的轧制工艺,对304不锈钢和Q235复合板坯的热轧过程进行了模拟,并分析了轧制过程中复合板坯的协调变形情况。为了防止轧制过程中的不锈钢/碳钢交界面的氧化,对不锈钢/碳钢复合板坯进行了密封和抽真空。进行了不锈钢/碳钢复合板的轧制。测量了各个工艺参数下的复合板的复合强度,对轧后的复合板进行了金相组织的观察和扫描电镜元素分布的分析,探索了加入中间材对复合强度的影响;比较了Gleeble3800热压缩实验和热轧实验在研究金属复合时各自的优势和不足。这一轧制实验为实际生产中复合板坯的制备方式,以及轧制不锈钢复合板的工艺提供了一定的参考。
周永强[8]2016年在《304/Q345R不锈钢复合板轧制数值模拟及轧后组织性能分析》文中提出材料的复合化是当今材料发展的主流之一,而且关于异种金属材料的复合更是材料领域研究的热点。不锈钢复合板作为一种典型的异种复合材料,其既具有不锈钢材料良好的耐腐蚀性同时又能满足低合金钢材料的力学性能要求。因此,近年来不锈钢复合板广泛应用于海洋工程、核电石化、高品质油气输送管线等高端产业领域。本文以实现304/Q345R不锈钢复合板真空热轧工艺研究及轧后组织性能分析预测为目的,采用了数值模拟技术与实验方法相结合的手段,深入研究了不锈钢复合板的制备过程及工艺:首先,应用物理模拟实验获得基层材料(Q345R)高温变形过程中真应力-应变曲线,建立材料本构模型;并对物理模拟实验所得曲线进行分析,从而得到材料变形流动应力模型、动态再结晶临界应变模型以及再结晶形核与晶粒长大模型,为深入研究材料热变形过程中微观组织演变规律奠定基础。其次,利用叁维建模软件Solidworks建立不锈钢复合板对称轧制模型,并基于有限元分析软件Deform-3D平台,建立热-力-微观组织叁场耦合仿真模型,通过数值模拟技术研究了轧制过程中的应力场、应变场、温度场、组织场的变化规律及不同热成形工艺参数对各场变化规律的影响,得到较为合理的热成形工艺参数;最后,通过真空轧制组坯技术制备不锈钢复合板真空热轧试样,并根据上述所得工艺参数进行不锈钢复合板热轧实验,而后对轧后复合板试样进行热处理工艺;待轧件冷却过后对复合板试样微观组织形貌进行观测,对其基本力学性能、界面复合特性及耐腐蚀性能进行分析测试;综合以上数值模拟与实验结果分析,最终得到较为合理的热成形工艺与热处理工艺,对不锈钢复合板产品的制备具有重要的指导意义。
金贺荣, 周永强, 王志勇, 宜亚丽[9]2016年在《压下率对不锈钢复合板制备的影响规律》文中研究说明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。
陈少航[10]2014年在《轧制工艺参数对不锈钢/碳钢复合板界面结合强度的影响》文中研究表明金属复合材料作为一种减少稀有金属用量，提高资源使用率的产品，已经得到广泛认可。不锈钢是一种具有良好表面质量的钢材，被广泛应用于建筑、石化、食品等行业，但是其中所需的稀有金属镍、铬资源非常稀缺，使其大规模应用受到了一定的限制。不锈钢/碳钢复合板是一种将不锈钢与碳钢使用轧制或爆炸工艺达到复合的新材料，它兼有不锈钢良好的表面性能，又具备碳钢的强度和可加工性，达到了既节约贵重金属又增强材料性能的目的。关于不锈钢/碳钢复合板的结合机理和强度特性规律的理论尚不完善，本文主要通过试验探究热轧工艺参数对不锈钢/碳钢复合板结合强度的影响，结合复合板轧制的数学模型和有限元模型，对热轧工艺参数与结合强度之间的关系进行如下研究：（1）获得双金属复合板轧制过程中轧制力、轧制力矩、结合界面切应力等与轧辊直径、压下量、轧制速度、基层与覆层厚度等参数之间的数学表达式，为进一步研究双金属复合板的变形与力学性能提供了依据；（2）通过有限元方法分析工作辊径320mm时，不同压下率下的轧件结合界面两侧的应力与应变状态；对于压下率40%时不同的辊径条件下轧件结合界面两侧金属的应力与应变状态。通过这些应力分布状态对不锈钢/碳钢复合板的结合性能进行预测；（3）通过轧制试验，分别探索了轧制压下率、轧制温度对不锈钢/碳钢复合板剪切强度、拉伸性能和弯曲性能的影响，获得能够指导实践生产的工艺参数组合；（4）通过对不同压下率下的轧制变形区中，复合板的界面剪切应力值的数学计算和有限元模型分析数据与实测数据的对比，获得了试验条件下不锈钢/碳钢复合板界面剪切强度的计算公式。全文通过解析法、有限元法以及试验这叁种手段，研究的热轧工艺参数对复合板界面的影响，将对复合板的热轧成形起到一定的参考作用。
参考文献：
[1]. 不锈钢复合板热轧复合仿真及参数分析[D]. 黄亮. 燕山大学. 2004
[2]. 不锈钢/低合金钢复合成形多尺度耦合模拟与实验研究[D]. 杨旭坤. 燕山大学. 2017
[3]. 不锈钢复合板热轧仿真模拟[D]. 武尚群. 燕山大学. 2015
[4]. 多道次热轧不锈钢复合板热力耦合模拟及实验研究[J]. 金贺荣, 张磊. 塑性工程学报. 2018
[5]. 真空热轧复合界面夹杂物的生成演变机理与工艺控制研究[D]. 王光磊. 东北大学. 2013
[6]. 首道次压下率对不锈钢复合板结合率的影响及微观组织模拟[D]. 王浩. 武汉科技大学. 2016
[7]. 不锈钢/碳钢热轧复合的工艺研究[D]. 王德蔚. 燕山大学. 2017
[8]. 304/Q345R不锈钢复合板轧制数值模拟及轧后组织性能分析[D]. 周永强. 燕山大学. 2016
[9]. 压下率对不锈钢复合板制备的影响规律[J]. 金贺荣, 周永强, 王志勇, 宜亚丽. 塑性工程学报. 2016
[10]. 轧制工艺参数对不锈钢/碳钢复合板界面结合强度的影响[D]. 陈少航. 太原科技大学. 2014
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