变形量对铜包铝复合扁线轧制变形的数值模拟与实验研究

采用刚塑性有限元法,研究了变形量对铜包铝复合棒材由圆断面到扁平断面的轧制变形行为的影响,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:铜包铝棒材平辊轧制的宽展率和延伸率与压下率之间存在较为明显的线性关系;随压下率的增加,宽展指数先增大后减小,在压下率为40%时达到最大,为1.9;在后续轧制道次中,扁形断面铜包铝复合材料的压下率对轧制延伸变形的影响比宽展变形更显著;有限元计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

轧制制备铝/镁复合板数值模拟和翘曲变形控制

目的 选用5052铝合金与AZ31B镁合金作为复合材料进行热轧复合,研究铝/镁复合板轧制过程的数值模拟和翘曲变形控制.方法 对铝/镁复合板在不同轧制温度、轧制压下率和轧辊预加热轧制工艺下的热轧过程进行模拟.对轧制变形区铝/镁复合板的应力分布进行分析,讨论其对铝/镁复合板变形协调性的影响.最后在不同轧制工艺下进行单道次热轧实验,制备铝/镁(5052/AZ31B)复合板并与模拟结果进行对比.结果 有限元模拟和热轧实验结果表明,随着轧制压下率的增大和轧制温度的升高,铝/镁复合板的翘曲增大;将靠近铝基体侧轧辊预加热后,可以有效改善铝/镁复合板的翘曲问题.以轧制温度450℃为例,轧制压下率逐渐增大时,复合板的延伸性逐渐增大,复合板的翘曲也逐渐增大.将下轧辊预加热到50℃,其余轧制参数不变,轧制后复合板整体较为平直,翘曲明显比轧辊未预加热时小.结论 通过轧辊预加热轧制工艺可以有效控制铝/镁复合过程中的翘曲变形问题.     

非对称交叉轧制压力研究与分析

对冷轧条件下非对称交叉轧制情况下变形区金属流动状态进行了分析,建立了总轧制压力计算公式,并用理论与实验两方面进一步分析了轧制压力与交叉角之间的关系.     

复合成形轧制铜极薄带变形局部化的晶体塑性有限元模拟

随极薄带厚度的进一步减薄，轧制极薄带变形由于轧件厚度/晶粒尺寸比值小的尺寸效应和变形程度导致各向异性与局部化已完全不同于轧制厚件时的变形特性。采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机开展系列厚度铜极薄带的箔轧实验，结果表明复合成形轧制工艺和极薄带尺寸显著影响轧制力能参数与箔材质量。宏观有限元理论已不再适用出现这些新现象的极薄带轧制变形的建模。将嵌入初始晶粒形貌和取向等微观组织结构信息的介观晶体塑性有限元模型(CPFE)用于复合成形条件下铜极薄带轧制变形局部化的模拟与分析，指导箔轧工艺优化和提高箔材质量。晶粒层次的晶体塑性有限元模型，准确预测了单层晶铜极薄带轧制变形局部化的现象和趋势，模拟与实验的轧制力吻合较好，尤其是各向异性。随上下工作辊异速比的增大，箔材厚度方向剪切变形增强，变形带、滑移带形成且局部化趋势显著。晶粒变形局部化的差异，对轧制制备极薄带材的控形控性造成困难。     

铝/钢轧制复合有限元二次开发模拟与实验研究

目的 针对铝/钢两种金属性能差异大,轧制复合存在严重的变形不协调及结合强度低的问题,研究轧辊同径与异径及单辊驱动对复合板协调变形及结合强度的影响.方法 通过有限元二次开发进行模拟建模,并结合同步和异步轧制实验分析板翘曲机理.结果 与铝板接触的轧辊作为主驱动辊可使板变形更协调且结合强度更高,变形翘曲度为0.048,结合强度为34.2 MPa.结论 采用接触铝侧轧辊单侧驱动,双金属界面实现复合的位置更靠近轧辊出口,复合后的双金属界面间的剪应力和所受弯矩较小,制备的铝/钢复合板变形协调性更好,且结合强度更高.     

表面织构与复合板联合轧制成形的数值模拟研究

目的研究结合界面带微织构的复合板的轧制成形过程。方法基于Deform软件,以CDA-377铜和1100铝复合板为研究对象,模拟铜板表面微织构加工过程以及带微沟槽的铜板与铝板的轧制复合过程,分析整个轧制复合过程中轧制力的变化规律,然后在复合板稳定轧制过程中对板料金属单元进行样点追踪以及应力分析,最后以铝板温度、压下率为变量,分析铝板温度、压下率对稳定轧制阶段轧制力的影响。结果通过改变铝板温度和压下率进行多次模拟,发现铝板温度为200℃,压下率为25%时,在整个复合轧制过程中,咬入阶段轧制力先上升到最大值608 N,随后下降并稳定在366 N左右,并进入稳定轧制阶段;在稳定轧制过程中,铝板基层和凹陷层的应力变化规律基本一致,应变主要集中在铝板一侧;随着铝板温度升高、压下率降低,稳定轧制阶段的轧制力呈下降趋势。结论微织构复合板轧制过程中轧制力的变化规律、稳定轧制状态下的轧制力受温度和压下率影响的机理与普通复合板基本一致,而稳定轧制状态下结合界面的应力变化规律与微织构相关。     

铜/铝双金属复合材料研究新进展

双金属复合材料能综合各基体金属的优异性能,弥补单一金属的不足,具有性价比高、成本低等特点,是目前材料研究领域的热点。铜/铝双金属复合材料作为一种典型的双金属复合材料,综合利用铜的高导电、高导热,以及铝的质轻、易焊接、低成本等优点,广泛应用于电力、热传输、汽车等领域,受到国内外研究人员的广泛关注。然而,制备铜/铝双金属复合材料的主要难点包括:(1)铜、铝两种材料均易氧化,且形成的氧化膜难以去除;(2)界面易形成硬脆的金属间化合物,危害铜/铝双金属复合材料的性能。近年来,研究人员不断完善现有工艺和开发新工艺,对界面形成机理、金属间化合物的生长调控、组元金属之间的尺寸与性能的匹配、变形与热处理协调、性能表征等方面进行了大量研究,并取得了丰富的成果。研究人员通过优化工艺参数、采用物理和化学方法控制界面金属间化合物的生长,提高界面结合强度;采用原位表征手段观察界面的相演变,探究界面结合机理;结合有限元模拟技术,开展铜/铝双金属复合材料变形、热处理和缺陷预测等方面研究,指导实际生产;综合评价铜/铝双金属复合材料的力学、电学、热学和耐腐蚀等性能,不断挖掘其应用潜力。本文归纳了铜/铝双金属复合材料的制备工艺,重点评析了组合复合工艺在制备铜/铝双金属复合材料的应用。综述了铜/铝双金属复合材料在界面组成、原位观察界面相的演变、界面性能评价和界面结合性能提升等方面的研究新进展,并预测了铜/铝双金属复合材料未来的研究方向。     

塑性有限元法在金属轧制过程中组织演化模拟进展

介绍了塑性有限元法在金属轧制过程中组织演化模拟的发展历程和新进展,包括刚塑性有限元法和弹塑性有限元法的理论基础;通过物理冶金模型有限元模拟轧制过程中的组织演变;元胞自动机与有限元结合进行轧制过程多尺度综合模拟;利用晶体塑性有限元研究轧制过程中成形极限、取向织构和空洞长大行为等。最后展望了其今后的发展趋势。     

轧制过程中前滑的影响因素探析

在轧制过程中由于剩余摩擦力的存在,使得轧件前端的金属加速,金属质点流动速度加快,当在变形区内金属前端速度增加到大于该点轧辊表面的水平速度时,就开始形成前滑,并形成前滑区和后滑区。轧制过程中由于前滑的存在,致使轧制过程复杂化,所以正确的估计前滑值并且合理的确定轧件的入口速度和出口速度,是保证轧制过程正常进行并且获得良好产品质量的重要条件。要想正确估计前滑值就必须了解和掌握前滑的影响因素,抓住基本的影响因素,并揭示出其影响的物理实质,从而为正确估计前滑值提供便利的条件,在生产实践中合理的利用前滑值。下面就围绕前滑的产生、前滑定义以及前滑的影响因素来展开。     

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8,12,16mm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。     

Modelling of microstructure evolution during hot rolling of AA5083 using an internal state variable approach integrated into an FE model

Hot rolling, a critical process in the manufacturing of aluminum sheet products, can significantly impact the final properties of the cold rolled sheet. In this research, a mathematical model was developed to predict the through-thickness thermal and deformation history of a sheet undergoing single stand hot rolling using the commercial finite element (FE) package, ABAQUS^™. A physically based internal state variable microstructure model has been incorporated into the FE simulation for an AA5083 aluminum alloy to predict the evolution of the material stored energy and the subsequent recrystallization after deformation is complete. The microstructure predictions were validated against experimental measurements conducted using the Corus pilot scale rolling facility in IJmuiden, the Netherlands for an AA5083 aluminum alloy. The model was able to predict the fraction recrystallized as well as the recrystallized grain size reasonably well under a range of industrially relevant hot deformation conditions. A sensitivity analysis was carried out to determine the influence of changing the material constants in the microstructure model and deformation conditions on the predicted recrystallization behaviour. The analysis showed that the entry temperature was the most sensitive process parameter causing significant changes in the predicted driving force for recrystallization, nucleation density, fraction recrystallized, and recrystallized grain size.     

Experimental Study and Finite Element Polycrystal Model Simulation of the Cold Rolling Textures in a Powder Metallurgy Processed Pure Aluminum Plate

Ingot metallurgy (IM) aluminum has long been the subject and attracted the attention of many metallurgists and textural researchers of materials. Due to the introduction of large amounts of ex situ interfaces, however, the textures in powder metallurgy (PM) processed aluminum has been rarely reported. In this article, a pure aluminum plate was prepared via PM route. The starting billet was first produced with uni-axially cold compaction and flat hot-extrusion and then followed by cold rolling processes. The hot-extruded and cold rolling deformation textures of the pure PM aluminum at 50%, 80% and 90% cold rolling reductions were studied by orientation distribution functions (ODFs) analysis. The finite element polycrystal model (FEPM) was finally utilized to simulate the cold rolling textural     

包覆拉拔法双金属线材的固相结合机理的研究

根据理论分析和计算，讨论了包覆拉拔法铜包铝、铜包钢双金属线材固相结合的物理和化学原理；根据实验结果和分析，讨论了包覆拉拔法铜包铝、铜包钢双金属线材固相结合的金属学机理；有利于完整地认识在压力作用下双金属的固相结合理论。     

压下率对轧制单层晶极薄带晶界滑移特性的影响

采用退火态单层晶轧制铜箔为原料,进行不同压下率的箔轧.以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,建立了考虑潜在硬化和晶格转动效应的率相关晶体滑移本构模型,分析了压下率对轧制单层晶极薄带晶界附近区域变形分布特性、取向演化和滑移系激活规律的影响,并探讨其机理.确定了合理的材料本构参数,铜箔拉伸实验与晶体塑性有限元模拟得到的应力-应变曲线一致.所建立的晶体塑性有限元模型,可很好的模拟最大压下率达到80%时轧制单层晶铜箔的变形过程.结果表明:1)由于晶粒形状、晶界及晶粒取向的作用导致晶内-晶间变形分布非均匀性;2)由于晶粒间复杂的相互作用导致晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,且旋转角度和取向分散度随压下率的增加而增大;3)在晶内-晶间不同区域的滑移系启动存在显著差异,启动滑移系随压下率的增加而增多,当压下率小于等于60%时,在晶粒表层和晶界处,滑移系成对发生启动,当压下率达到80%时,表层和晶界处为多滑移系启动情形;4)滑移最先从晶粒表层和晶界处开始,然后向晶粒内部延伸.     

工艺参数对楔横轧42CrMo/Q235复合材料层合轴厚径比的影响

借助ANSYS/LS-DYNA软件,建立楔横轧层合轴有限元模型,根据四因素三水平的正交实验进行部分厚径比轧制实验。通过有限元数值模拟,分析工艺参数成形角、展宽角、断面收缩率和轧制温度对厚径比的影响规律。结果表明:轧制实验结果和有限元模拟的结果相符合,有限元模型可以用来预测厚径比。厚径比随着展宽角的增大先迅速下降,后缓慢下降;随着轧制温度的增大先增加,后缓慢增加;随着断面收缩率的增大先缓慢增加,后趋于平缓;随着成形角的增大变化不明显。对厚径比的影响主次为:展宽角、轧制温度、断面收缩率、成形角。研究结果有助于指导层合轴覆材厚度和基材半径尺寸的调控与设计。     

Cu/Al双金属复合管旋压复合成形规律研究

目的 探究双金属管材在复合过程中的受力变化以及关键工艺参数对覆管和基管壁厚分布的影响。 方法 通过有限元仿真技术和实验相结合,对铜和铝两种材料的双金属管进行旋压复合成形过程受力情况以及壁厚变化进行研究。结果 覆管由于受力面积小于基管,导致各自承受的应力具有明显差异。另外,在双金属管旋压复合时,覆管屈服强度需大于基管,否则基管不会发生减薄塑性变形。在Cu/Al双金属管旋压过程中,随着压下量的减少,双金属管的减薄以覆管为主;随着旋轮安装角的减小,双金属管的减薄以基管为主。结论 通过对压下量和旋轮安装角的优化,可实现对覆管和基管壁厚分布的良好控制。     

稳态滚动轮胎的有限元分析模型

建立了一个稳态滚动轮胎的有限元分析模型,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触、轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性、橡胶基复合材料的各向异性及轮胎与地面接触滑动摩擦。结果表明,该模型是较为合理的。      

径-轴双向环轧工艺的研究进展

回顾了环件径-轴双向轧制锻透条件、咬入条件、刚度条件等相关理论研究进展,分析了工艺参数对轧制过程的影响及其确定准则,在此基础上引入轧制曲线的概念,并给出了径-轴双向环轧轧制曲线的设计原则,还探讨了在利用有限元方法模拟轧制过程、优化轧制工艺参数时存在的问题,并给出了对数值模型进行控制和处理的有效方法。     

C18150铜/1060铝层状复合材料铸轧工艺优化及组织性能研究

目的 通过有限元模拟方法探究铸轧过程中铜铝层状复合材料温度场和液相率的演变规律,确定铸轧过程中的最优走坯速度和浇铸温度,并制备一种具有高强高导的铜/铝/铜层状复合材料。方法 基于Ansys Workbench软件中的Design modeler模块建立二维模型,使用JMatPro软件模拟C18150铜和1060铝的热物性参数,通过Mesh模块进行网格划分并利用Fluent模块对模型进行求解。通过调整和优化走坯速度和浇铸温度等参数,研究其对液相率和温度场的影响。制备了高强高导铜/铝/铜层状复合材料,并通过场发射扫描电镜、电子万能试验机、手持式导电率测试仪和扫描电镜等手段对铜/铝/铜层状复合材料界面的微观组织、抗拉强度、导电率以及拉伸断口进行表征和分析。结果 当走坯速度和浇铸温度分别为1.2 mm/min和963 K时,铸轧效果最佳,制备的复合材料界面平整且结合良好,界面处存在Al2Cu和Al4Cu9双界面层。拉伸强度和延伸率分别为201 MPa和16%,铜侧导电率为87%IACS,铜铝断口处均出现了大量韧窝,表明为韧性断裂。结论 通过优化铸轧工艺参数制备的铜/铝/铜层状复合材料具有优异的强度和导电率。     

混凝土夹芯板滑移与变形的理论计算及分析

对均布荷载作用下简支混凝土夹芯板的滑移及其对混凝土夹芯板变形挠度影响的理论计算进行了研究和分析,推导出了简支混凝土夹芯板的滑移和变形挠度的理论计算公式,该公式既能描述混凝土夹芯板的滑移规律,也能体现滑移对混凝土夹芯板变形挠度的影响。同时推导出了开裂弯矩的计算公式,确定了滑移和变形挠度计算公式的适用范围。通过与试验和有限元分析结果的比较表明:理论公式计算的结果与试验和有限元分析结果较吻合,可以在实际工程中用来计算混凝土夹芯板的滑移和弯曲变形。