蛇形热轧中轧制参数对7075铝合金厚板变形分布的影响

介绍了蛇形轧制的实现方式。运用数值模拟方法,在Deform 3D上分析单道次轧制过程中蛇形轧制和对称轧制7075铝合金厚板的流动速度及应力应变分布情况,分析异速比、上下轧辊错位量和压下量对蛇形轧制变形区内轧板等效应变和剪切应变的影响规律。结果表明：蛇形轧制中,由于下辊速度快,轧板下层金属流动比上层快,蛇形轧制中轧板下层等效变形大于上层,且随着异速比的增大,上下层金属变形差距增大;对称轧制中厚板心部的剪切应变几乎为0,蛇形轧制中由于有“搓轧区”的存在,厚板心部的剪切应变远大于对称轧制的,且随着异速比的增加和错位量的增加,轧板心部的剪切变形增大。这种附加的剪切变形有利于使变形向厚板心部渗透,从而改善厚板高向变形的不均匀性。     

异速比对龙形轧制7075铝厚板变形的影响研究

针对异速比对龙形轧制7075铝合金50 mm厚板变形程度的影响进行了实验研究,在单道次压下10 mm、轧辊错位量4 mm的条件下,采用异速比1.00、1.06、1.10和1.16进行了龙形轧制实验,分析了异速比对轧板厚度、板厚方向分层晶粒组织和显微硬度的影响。结果表明,异速比对轧板厚度没有明显影响,不同异速比对轧板晶粒组织的影响也不明显;异速比为1.06和1.10时,轧板心部显微硬度高于异速比1.00的轧板,体现了异速比强化心部变形的作用;当异速比达到1.16时,轧板两个边面附近显微硬度明显降低,具体原因还有待进一步实验研究探索。     

主应力法计算蛇形轧制的轧制力

使用主应力法建立蛇形轧制过程中轧制力与轧制力矩的解析预测模型。将解析模型的计算结果与实验结果进行比较,验证了解析模型的准确性。运用该模型对蛇形轧制过程中不同的异速比、轧辊偏移距离、压下量和摩擦系数对轧制力和轧制力矩的影响规律进行研究。同时研究"搓轧区"对轧制力和轧制力矩的影响。结果表明,异速比的增大将导致"搓轧区"的增大,从而使轧制力和上轧辊轧制力矩减小,下轧辊轧制力矩增加。当异速比增大到速度较大的轧辊带动速度较小的轧辊时,慢速轧辊的轧制力矩将变为负值。轧辊错位距离的增大导致"搓轧区"减小,从而导致轧制力增加,上、下轧辊轧制力矩减小。压下量的增加导致"搓轧区"的减小,从而导致轧制力和上、下轧辊轧制力矩的增加。轧辊与轧板之间摩擦系数的增加使"搓轧区"减小,同时导致轧制力和上、下轧辊轧制力矩同时减小。研究为蛇形轧制在超大厚度板材制造中的应用,提供了理论基础。     

厚规格钢板蛇形轧制变形渗透性影响因素分析

采用ANSYS/LS-DYNA对厚规格钢板蛇形轧制过程进行了数值模拟研究,讨论了不同轧制方式和轧制工艺参数对钢板变形渗透性的影响规律,重点关注蛇形轧制对厚规格钢板心部变形的影响。结果表明:蛇形轧制中钢板上下表面金属流动的速度差会导致钢板在厚度方向上产生强烈的塑性变形,促进变形向钢板心部渗透,且钢板心部的等效应变随着异速比的增加而增大;增加压下量可显著增大钢板心部的等效应变,且对改善钢板厚度方向上的不均匀变形也有显著作用;摩擦系数对钢板变形的影响主要集中于钢板表面,对钢板心部变形的影响甚小;错位量和轧制速度对钢板厚度方向上的等效应变影响甚小。     

蛇形轧制复合成形镁/铝板材的弯曲曲率研究

针对镁/铝板材轧制复合在轧后容易出现弯曲问题，提出了蛇形轧制复合工艺，以达到降低轧后弯曲曲率并提高界面结合强度的目的。利用ANSYS LS-DYNA有限元软件，研究了蛇形轧制复合过程中不同错位量、异速比、压下量、层厚比及轧制温度对轧后复合板的弯曲曲率的影响规律，并开展轧制复合实验，验证了有限元计算结果的准确性。结果表明，与异步轧制相比，蛇形轧制可有效降低轧后复合板弯曲曲率。相同轧制条件下，异步轧制轧后弯曲曲率随着异速比的增大而增大，随着压下量及层厚比的增大而减小。蛇形轧制错位量可对轧后弯曲抑制产生明显的效果，在一定范围内，复合板的弯曲曲率随错位量的增大而减小。当初始板厚为50 mm、层厚比为2:3、压下量为30 mm、轧制温度为400℃、异速比为1.05和错位量为30 mm时，轧后复合板接近平直。     

铝合金板材同步/异步轧制变形行为有限元分析

铝合金异步轧制过程中应变演化历程以及该工艺引进的强烈附加剪切应变在轧制变形区内的变化规律细节研究还不充分。建立了不同异速比i下的铝合金板材轧制有限元模型,基于轧板在异步轧制变形区内应变历程计算,对剪切应变、沿轧制方向应变及等效应变进行了分析。结果表明,附加剪切应变在中性点前后存在正负剪切效应,异步轧制引进的总剪切应变γ是正剪切γ+和负剪切γ-的绝对值之和;另外,得到了异速比(同步轧制i=1)对轧板搓轧区宽度、剪切应变历程和等效应变沿厚度分布趋势的影响规律。     

AA7050铝合金板材异径异步轧制变形的有限元模拟

采用ABAQUS软件建立了AA7050铝合金板材异径异步轧制过程的有限元模型并进行了模拟,研究了不同辊径及压下率下该合金轧板的弯曲行为,并对比了异径异步轧制与对称轧制轧板的变形特征及轧辊受力情况。结果显示:异径异步轧制可以得到平直轧板,且能提高轧板的应变及其沿法向分布的均匀性,但并不是所有异速比下的异径异步轧制都能降低轧制力。     

同径异速蛇形轧制弯曲曲率建模分析与研究

根据蛇形轧制的受力特点变形区最多可划分为四个不同的区域:I区(后滑区)、II区(搓轧区)、III区(前滑区)和IV区(反弯变形区),根据中性点位置的不同变形区将分为三种不同的情况:I, II, III和IV; I, II和IV; II和IV。根据流动准则计算出各情况下由剪切应变和轴向应变所引起的弯曲曲率,并利用主应力法建立蛇形轧制弯曲曲率的数学计算模型。进行蛇形轧制有限元模拟,将计算结果与理论结果进行对比,结果表明,文中所建立的理论模型误差可以控制在0.3%～12%以内,根据理论模型进行计算与分析,得到了工艺参数(错位量、异速比、压下量、初始板厚)对厚板弯曲曲率的影响规律。     

异步轧制宽展行为的数值模拟研究

基于软件MSC.Marc建立了高锰无磁钢在不同变形参数下异步轧制过程的三维有限元模型。利用该模型对异步轧制过程进行了数值模拟,分析了异速比、压下量和初轧温度对轧件平均宽展的影响规律。结果表明:轧件平均宽展随着压下量的增大和初轧温度的升高而增大;随着轧制异速比的增大,平均宽展先减小后增大。在压下量为20%、30%、40%时,平均宽展最小值对应的异速比为1.2,但当压下量增大至50%时,平均宽展最小值偏移到异速比为1.3处。基于以上分析结果,将异速比、压下量和初轧温度对宽展的影响规律引入芝原宽展公式,并对其进行了修正,使用修正后的公式进行了计算,计算结果与模拟结果相关性较好。     

铝合金板材异步轧制翘曲缺陷的有限元数值分析

利用非线性有限元数值模拟方法,对异步轧制过程中轧板金属流动的速度场、应变场、变形区内由摩擦引起的"搓轧区"现象及附加剪切变形区的受力进行研究,并分析这些因素对翘曲的影响规律。结果表明,由于轧板上下部分变形速度不同,在稳定轧制阶段始终存在速度差,导致轧向和法向的变形不对称,并引起轧板厚向上不同部位产生应变差,最终导致翘曲。另外,由于"搓轧区"上下两部分所受轧辊摩擦力方向相反,由此产生的正弯矩和贯穿轧板厚向的附加剪切变形,也是引起翘曲的重要因素。     

铝合金板材异步轧制翘曲缺陷的有限元数值分析

利用非线性有限元数值模拟方法,对异步轧制过程中轧板金属流动的速度场、应变场、变形区内由摩擦引起的"搓轧区"现象及附加剪切变形区的受力进行研究,并分析这些因素对翘曲的影响规律。结果表明,由于轧板上下部分变形速度不同,在稳定轧制阶段始终存在速度差,导致轧向和法向的变形不对称,并引起轧板厚向上不同部位产生应变差,最终导致翘曲。另外,由于"搓轧区"上下两部分所受轧辊摩擦力方向相反,由此产生的正弯矩和贯穿轧板厚向的附加剪切变形,也是引起翘曲的重要因素。     

叶片辊轧过程动力学仿真研究

研究了不同辊轧参数对叶片辊轧过程中应力、应变、金属流动规律的影响情况.建立了叶片轧制过程的力学模型,分析了叶片在塑性变形区内摩擦系数、轧制速度、压下量对轧制应力、应变的影响;利用Pro/E对叶片模具复杂曲面进行建模,再利用ANSYS/LS-DYNA建立了叶片辊轧系统的动力学模型,将上、下模座作为刚体、叶片作为多段线性弹塑性材料模型处理,分析了叶片在辊轧过程中摩擦系数等辊轧参数对轧制力的影响.研究结果表明:由于表面层摩擦力的限制,叶片表面金属流动速度比中间层低,而产生不均匀变形;叶片曲率变化对叶片轧制应力应变有着直接影响,最大应力、应变主要集中在叶背弧面斜率较大位置处,并且轧件的轧制应力、应变随着摩擦系数的增大而增大,轧制力随着轧制速度和压下量的增加而增加.     

异速异步轧制翼缘板钢晶粒的变化特征

采用异速异步轧制技术,对翼缘板钢分别进行累计九道次冷轧,用光学显微镜、电子扫描显微镜观察轧件的显微组织。结果表明:在相同的压下量下,随着异速比增大,晶粒长度和高度的比值也增大,用晶粒长高比值可以在一定程度上反映异步轧制对轧件所受附加剪切变形影响关系。对冷轧后的轧件进行了拉伸和退火实验,结果表明:随着异速比增大,抗拉强度增加,晶粒平均直径变小,异步轧制与同步轧制相比应变储能更高,可以产生更多的位错和亚晶。     

异步冷轧压下量对AZ31镁合金板显微组织的影响

对AZ31镁合金板进行了5%、10%、15%压下量的异步冷轧,通过金相分析研究了不同的冷轧压下量对AZ31镁合金板材截面显微组织分布的影响。结果表明:随着压下量的增加,板材组织中孪晶和形变带增加。5%和10%压下量时,AZ31镁合金冷轧板的变形主要为孪生;压下量为15%时,变形主要为孪晶和形变带。当压下量较小时,孪晶在板材厚度方向的分布存在明显的不均匀,轧面附近的孪晶比板材心部多。随着变形逐渐深入到板材内部,剪切应变在板材厚度方向上各层的分布也逐渐趋于均匀。由于是异步轧制,板材上下轧面附近剪切应变分布不同,对应显微组织中的孪晶和形变带存在差异。     

厚板蛇形轧制压下量与咬入条件分析与研究

厚规格金属板经传统轧制后存在心部变形不充分的问题,导致心部性能普遍偏低,影响金属板的使用,为提高心部变形,开发了将异步轧制和板材矫直相结合的厚规格金属板蛇形轧制方法,根据轧制理论及蛇形轧制模型的特点建立了同径异速蛇形轧制和异径同速蛇形轧制辊缝补偿计算模型、压下量计算模型、咬入角计算模型以及实现金属板自然咬入的判据,进一步丰富了轧制理论。对计算模型进行分析,结果表明:同径异速和异径同速蛇形轧制上下工作辊压下量不同,且上工作辊的压下量大于下工作辊压下量,压下量之差与下工作辊偏移量和轧辊直径有关;实现蛇形轧制自然咬入的条件为摩擦角大于上下工作辊咬入角的平均值。     

接触传热对7075铝合金热轧影响的数值模拟

利用deform-3D对7075铝合金厚板热轧过程进行了数值模拟,对热轧过程中的传热现象进行了分析,研究了热轧过程中热传递对轧板温度、应力和应变以及轧制力的影响。结果表明:热轧过程中轧板与轧辊之间的接触传热是影响轧板温度变化的重要因素,低的传热系数有利于降低轧制过程中的温度损失,减小轧制应力,改善轧制变形,降低轧制力。     

龙形轧制对2024-T39铝合金板材组织与织构的影响

龙形轧制是一种新发展的同时具有异速比和错位量的轧制技术,但要工业应用还需一个科学研究的过程。本文研究了龙形轧制和T39热处理工艺的组合对产品组织和织构的影响。结果表明:相比于普通轧制,龙形轧制具有更少的黄铜织构和更多的高斯织构;T39热处理后,龙形轧制的晶粒长大更为明显。     

厚钢板差温轧制心部变形与实验研究

传统对称轧制在厚规格钢板生产中会出现心部变形不充分问题,导致心部晶粒粗大,基于轧前超快速冷却的差温轧制可以有效提高厚钢板心部变形。结合差温轧制实验并通过Ansys热力耦合有限元模拟了差温轧制过程,研究了差温轧制对厚钢板心部变形的影响,并与均温轧制进行了对比。结果表明：与均温轧制相比,相同条件下差温轧制心部应变可提高30.0%;差温轧制心部等效应变随对流换热系数和压下率的增大逐渐变大,钢板心部变形更加充分。通过实验验证了差温轧制可提高心部变形,有效细化钢板心部晶粒尺寸,消除带状组织,在一定程度上验证了有限元模拟的准确性。     

差温轧制对厚板芯部变形的影响

采用有限元方法建立了厚板轧制的刚塑性有限元模型,以研究在厚板轧制过程中引入厚度方向上的温度梯度对钢板芯部变形的影响。并与传统均温轧制进行对比,研究了差温轧制对钢板头部变形与宽展的影响,以及在两种工艺下钢板厚度方向上应变分布的变化,分析了差温轧制条件下应变、压下量与板坯厚度之间的关系。结果表明,温度梯度轧制有利于增加坯料芯部变形,差温轧制钢板头部呈现单鼓形,而均温轧制钢板头部为双鼓形。均温轧制中心与表面宽展差值为差温轧制这一数值的16倍。随着板厚减薄,道次压下量增大,差温轧制钢板内部应变逐渐提高。但当道次压下率和板厚过大或过小时,差温轧制对中心应变的改善作用不明显。     

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。