锆合金管材两辊冷轧的轧制力模型建立和应用

管材皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力影响成品管材的尺寸精度、轧制模具寿命以及轧制过程的稳定性。本研究基于Neumann-Siebel轧制力计算方法,考虑了轧辊弹性变形和空减径对轧制力的影响,依据Hitchcook方程对其进行了修正,利用Matlab软件建立了皮尔格两辊冷轧过程中的轧制力计算模型,并以KPW25轧机轧制Zr-4合金管材的轧制过程为研究对象,通过实验验证了该模型的可靠性。以R6072锆合金管材轧制为例,通过该轧制力计算模型分析了孔型曲线、管坯壁厚、送进量和摩擦对轧制力的影响。结果表明：轧制力在空减径段缓慢增加,进入减径减壁段后迅速增加至峰值,之后缓慢降低;孔型曲线对轧制力的分布有显著影响,当孔型指数等于2．0时,轧制力分布最为合理;轧制力随管坯壁厚、送进量和摩擦力的增大而增加。     

多辊式冷轧管机的改进

全苏管材料学研究所对连续均匀回转送进管坯的周期式冷轧管机进行了改进,从复杂的回转送进传动系统中,取消了间歇运动环节,从而使轧制速度提高,每一双行程中管坯送进量增加50～80％,提高了轧制效率。为了确定这种冷轧工艺的可行性,在全苏管材科学研究所试验厂和尼科波利南方钢管厂试轧了不同钢种的管材,进行了力能参数及传动参数的研究(表1)。     

皮尔格冷轧过程钢管周期送进量优化模型的建立与验证

以皮尔格轧机冷轧304不锈钢管为例,建立周期送进量优化模型。通过对拉伸试验获得的应力-应变曲线进行非线性拟合得到材料的本构关系方程;通过对钢管变形特征的分析得到了基于增量理论的钢管当量应变的计算方法;根据皮尔格轧制钢管截面变形特点导出截面横移量的计算方法;综合利用上述结果以及材料卸载定律解出冷轧304不锈钢钢管在指定回弹量下的周期送进量;通过有限元仿真和现场轧制试验验证了周期送进量优化模型的正确性。为皮尔格轧制工艺参数选择奠定理论基础。     

回转角对AZ31镁合金管材冷轧成形过程的影响

回转角是三辊式冷轧无缝管材过程中的关键工艺参数,本文以冷轧AZ31镁合金管材为研究对象,通过对不同回转角下的冷轧过程进行了完整的仿真,对比分析了不同回转角在各特征变形段对等效应力、等效塑性应变及节点温度的影响规律,结果表明随着回转角的增大,等效应力、等效塑性应变以及节点温度均增大。借助元胞自动机模型以及实验等手段,通过实验与数值仿真结果对比分析,探明了晶粒在轧制过程中产生连续再结晶并细化的初步组织演变规律,获得了50°的回转角可以更好的满足工艺要求,为镁合金管材冷轧成形回转角的选择提供依据。     

冷轧工艺参数对TA18钛合金管材金属流动及成形载荷的影响规律

管材周期式冷轧成形过程是一个复杂的减径、减壁过程,由于轧辊孔型复杂,轧制过程中管坯的塑性变形也较复杂,各种成形工艺参数的选择往往都是经长期实践经验积累得到的,对轧制过程缺乏规律性的认识及定量的分析。本研究则借助三维有限元软件DEFORM-3D再现了冷轧成形过程,对成形过程中金属的流动情况、管材的应力应变分布以及成形载荷进行了深入分析。结果表明:轧制速度和摩擦系数增大会引起径向拉应变和环向压应变减小,送进量增加则使得两者均增大。此外,送进量和摩擦系数增大会显著增加成形载荷。     

皮尔格冷轧管机关键工艺参数周期送进量研究

针对目前皮尔格冷轧中关键工艺参数周期送进量无定量计算、选择随机性大的缺点,在分析周期送进量对轧制过程无缝钢管变形特点影响的基础上,以轧制304不锈钢管为例,通过理论计算获得送进量数值,建立周期送进量数值模拟模型,研究其对轧制过程金属变形及成品质量的影响规律,为其工艺参数选择提供依据。利用三维有限元软件建立数值仿真模型,以之前求得的周期送进量为依据,开展轧制过程仿真,得到轧制成形过程中应力状态、成品管尺寸以及残余应力等关键数据,并结合现场轧制试验共同验证成品管能否达到预期的性能。通过理论计算、数值模拟及试验验证相结合的方法,为周期送进量的选取提供支持。有限元模拟与实际试验测量得到的结果相差不大,误差不超过8%,证明了有限元模拟结果的准确性。通过理论计算得出的10 mm送进量下的残余应力比依据生产经验选取的12 mm送进量下的残余应力要减小10%以上,进一步验证了周期送进量为10 mm能够在一定程度上提高实际生产成品管的质量。     

冷轧工艺对C HRA 5管材组织及力学性能的影响

研究了冷轧工艺对C HRA 5管材组织及力学性能的影响。结果表明：随着冷轧变形量的增加,冷态钢管的等轴晶粒沿着主变形的方向被拉长的效果越来越明显,逐渐形成纤维组织,其室温抗拉强度和屈服强度提高,伸长率下降;强度提高和塑性下降主要集中在冷轧开始变形量小于10%的阶段;随着变形量的增大,固溶后的平均晶粒尺寸缓慢减小,抗拉强度、屈服强度和伸长率变化不大。冷轧时Q值为0.85时钢管表面出现了大量微裂纹,Q值为1.28时钢管端部纵向开裂,Q值为1.00时钢管表面良好;Q值在试验范围内对管材力学性能影响不大。C HRA 5合金锅炉管冷轧时应尽量调整Q值接近1。     

Zr-4合金管材皮尔格轧制过程数值模拟分析：宏观模型的建立、验证及塑性变形分析

皮尔格轧制变形对于锆合金管材的性能有着重要影响,受到学者们的高度重视。长期以来,由于皮尔格轧制是一个高度非线性的三维变形过程,开展实验研究不但成本高昂而且周期较长。本研究以ABAQUS/standard平台,根据多行程皮尔格轧制的运动特点,建立了Zr-4合金管材皮尔格轧制有限元模型,并开展一整个道次的轧制过程模拟。模拟结果表明:预测的管材几何尺寸与实验结果吻合良好,而模拟的轧制力与经典的舍瓦金公式计算结果也比较相符,验证了所建立模型的准确性,可用于进一步仿真分析。模拟结果还表明开口处的管坯应力状态与轧槽底部管坯的应力状态有显著的差别。此外,轧制过程中还存在有明显的剪切变形,而且还有较大幅度的周期性波动,这主要与孔型开口以及管坯回转送进有关。     

TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧过程三维有限元模拟：I 理论解析、模型建立与验证

皮尔格冷轧技术制备的TA18钛合金管材具有高比强度、冷加工性能好、织构分布合理等优异的综合性能,在飞机和航天器液压管路系统、石油勘探钻杆中得到了广泛的应用。根据多行程皮尔格冷轧过程力学分析,获得了成形过程的精确运动模式和管材应力状态。然后,基于有限元软件ABAQUS/Explicit,建立了TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧三维有限元模型,并解决了建模关键技术,包括:虚拟曲柄连杆机构实现方法、多行程周期式运动控制方法、复杂模具几何实体定义、滚动与滑动摩擦定义。利用能量守恒原理和实验验证了模型的可靠性,以及利用成形过程等效应力和等效塑性应变分布评估了模型。     

Q值对Gr.9钛合金冷轧管材组织及性能的影响

通过调整冷轧过程中的工艺参数,研究了不同Q值对小规格Gr.9钛合金管材组织和力学性能的影响。结果表明:轧制Q值对管材组织及性能的影响较大,通过合理控制轧制Q值可获得综合性能良好的Gr.9管材。对于小规格Gr.9管材,Q值越大,晶粒破碎越充分、均匀,晶粒纤维化和取向性越明显,当Q值在1.86~2.62范围内时,冷轧态管材强、塑性较好,退火后晶粒尺寸较小;当Q值在1.86~2.24范围内时,管材扩口性能优越,Q值过大或过小均不利于小规格管材扩口。此外,Q值会影响冷加工过程中晶粒的均匀度及织构分布,可通过将Q值控制在1.54~2.46使得CSR在1.3~2.5范围内,从而得到综合性能良好的Gr.9钛...     

基于DEFORM-3D的皮尔格冷轧不锈钢管有限元模拟及分析

根据皮尔格冷轧过程的特点,应用DEFORM-3D软件建立了皮尔格冷轧304不锈钢钢管有限元模型,其中包括运动、摩擦、接触等重要边界条件,并对冷轧过程进行仿真。获得了各个变形阶段不同截面的变形规律,轧制过程中轧制力和应力分布规律以及金属流动情况。将有限元模拟结果与实验结果进行对比,两者基本吻合,模拟结果可供皮尔格冷轧成形工艺设计和实际生产进行参考。     

轧制速度对AZ31镁合金管材冷轧成形的影响

轧制速度是三辊式冷轧成形过程中关键的工艺参数,决定其力学特征及温升情况。基于此,本文以冷轧AZ31镁合金管材为研究对象,通过全流程数值仿真计算,对比分析不同轧制速度在各特征变形段对等效应力、等效塑性应变及节点温度的影响规律。结果表明,等效应力、等效塑性应变及节点温度均随轧制速度的增大而增大。通过元胞自动机模型及实验等手段,探明了晶粒在轧制过程中产生连续再结晶并细化的初步组织演变规律;对比分析实验与模拟结果并结合多方面因素,得到800mm/s的轧制速度可以更好的满足工艺要求的结果,为冷轧镁合金管材轧制速度的选择提供依据。     

冷轧及退火工艺对近β钛合金管材组织与力学性能的影响

研究了外径为φ10mm左右的近β钛合金管材冷轧及退火工艺。通过改变冷轧过程中的工艺参数，研究了加工变形量、减壁，减径比（Q值）对近β钛合金管材拉伸力学性能的影响。对冷轧加工管材进行680℃，1h，715℃，1h，750℃，1h，820℃，1h固溶处理后分别水淬（WQ）、空冷（AC）、炉冷（FC），研究了固溶温度、冷却速度对管材显微组织和拉伸力学性能的影响。结果表明：在小变形量下冷扎，管材塑性对形变硬化非常敏感，变形量大于35％后，马氏体转变使得合金塑性有所恢复，管材不适宜在Q值小于2的条件下加工。相变点以上固溶处理后管材屈强比不到0．6，固溶后空冷处理管材具有良好的强度和塑性匹配。     

管材斜连轧过程应力分析及实验研究北大核心CSCD

为了分析斜连轧过程处于中间段管材的应力情况,采用理论分析的方法,建立了穿孔段出口处、轧管段入口处管材的速度公式,分析了不同速度匹配下的3类共8种速度关系,以及8种速度关系下处于中间段的管材的受力情况。采用变量分析法,设置了3组实验参数进行对比实验。结果表明:当穿孔段工艺参数不变,实验组2中轧管段轧辊转速为174 r·min^(-1)、送进角为9°时,轧管段入口处管材的轴向、切向速度分量均大于穿孔段出口处管材的轴向、切向速度分量,速度变化率约为3%,处于中间段的管材受到轴向拉应力及与管材旋转方向相同的切应力共同作用,实现微张力轧制而顺利获得荒管,轧后管材外径平均值为Φ39.16 mm,壁厚平均值为4.65 mm。同时,从管材受力角度对比分析了实验组1和3出现轧卡的内在原因为应力状态不利于管材金属流动。     

LD——30冷轧管机液压回转送进装置的研制

文章介绍了新研制的 LD—30冷轧管机液压回转送进装置的原理和特点。该装置控制简单,运行可靠;送进量、回转角度可无级调速,能很好地满足轧制工艺要求。采用该装置可提高轧管机生产率,减少维修量和噪声,获得显著的综合经济效益。     

Zr-4合金管材加工工艺对氢化物取向因子的影响

锆合金广泛应于水冷反应堆的堆芯包壳材料和结构材料。在核反应堆运行时,锆合金表面被水氧化的同时,还会同时生成氢气。部分氢被锆合金吸收生成片状或者针状氢化锆。氢化物取向因子是衡量核反应堆用锆合金管材氢化物的重要指标。文章通过氢化物实验研究了加工工艺参数轧制送进量、退火制度及矫直弯曲量对Zr-4合金管材氢化物取向因子的影响关系。结果表明:Zr-4合金氢化物取向因子随着轧制送进量的增加有增大的趋势;不同轧制送进量的管材再结晶退火后,氢化物取向因子呈无序紊乱状态;Zr-4合金管材氢化物取向因子随着矫直弯曲量的增大而加大。     

基于DOE的锆合金包壳管冷轧质量分析及改善

为了提高锆合金包壳管的冷轧质量,通过统计过程控制技术和工序能力分析研究了锆合金包壳管冷轧后的壁厚偏差问题,并基于试验设计(design of experiment, DOE)技术对皮格尔冷轧工艺进行了优化。包壳管冷轧质量分析和工艺优化试验的结果表明,轧制前管材的壁厚偏差和送进量对轧制后的管材壁厚偏差有显著影响;当轧制前管材壁厚偏差<0.3 mm、壁厚变形量为65%、送进量为1.0 mm/次时,轧制后的管材壁厚偏差最小;通过轧制工艺优化后,反映壁厚偏差离散性的极差平均值由0.036减小到0.018,极差波动也明显减小,轧制质量显著提高;当轧制管材壁厚变形量一定时,对轧制前壁厚偏差较大的管材,采用小送进量轧制,可减小轧制后管材的壁厚偏差,达到提高锆合金包壳管材质量的目的。     

用皮尔格冷轧管机生产管子

通过改进没计,缩短轧制时间,提高送进速度,减少维修时间,延长工具寿命,这种新型的高速皮尔格冷轧管机的生产能力几乎是老式皮尔格冷轧管机的三倍。皮尔格冷轧管方法最初称为纽伯兹法、是1928年在美国发明的。1935年在欧洲获取专利后称为皮尔格法,因为它与皮尔格热轧过程很相似。皮尔格冷轧机与皮尔格热轧机的主要部分的主要原理是一样的,但是实现这些原理的机构却不一样。曾对100多台1955年至1964年间安装的高速皮尔格冷轧管机进行了改进设计。产量的     

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。     

不同Q值冷轧对TA18钛合金管材织构及力学性能的影响

研究不同Q值冷轧工艺对高强TA18钛合金管材织构及力学性能的影响。测试比较了两种工艺获得的管材的拉伸性能、CSR值和（0002）面极图、ODF截图。结果表明,冷轧加工TA18钛合金管材的Q〉1时,管材径向压力占优势,会形成晶向[0002]与管材径向平行的织构,以径向织构为主的管材综合性能较好,可满足AMS标准要求;当冷轧加工TA18钛合金管材的Q〈1时,切向压力占优势,会形成晶向[0002]与管材切向平行的织构,以切向织构为主的管材塑性较差,无法满足AMS标准要求。