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《重庆大学》 2003年
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热轧板带的数值模拟、组织预报及工艺优化

李立新  
【摘要】:轧制作为一种成型手段,应对轧件的外部质量和内部质量进行有效的控制,轧件外部质量的控制主要是厚度精度和板形质量的控制,晶粒度是影响轧件内在性能的一个重要指标,细化晶粒可显著提高轧件的综合性能。基于此,本文借助实验研究结果,建立了影响轧件内部性能质量的各相关模型,运用变形有限元法、传热有限元法及晶粒尺寸计算工具对某含硼微合金钢中板的热轧过程进行了计算机数值模拟,预测了轧件热轧后的晶粒尺寸,并根据预测结果对生产工艺进行了优化。本文的研究工作包括: 一.材料高温变形时本构关系的实验研究与模型建立 以材料在Gleeble-1500热力模拟试验机上进行的单道次等温恒应变速率下的压缩实验结果为基础,系统研究了材料的流动应力与热力参数之间的函数关系,提出了描述加工硬化及动态软化型应力-应变曲线的本构关系模型,数据处理结果表明:模型具有预报精度高,便于对材料加工过程进行数值模拟的优点,从而为准确模拟工件的变形过程奠定了基础。 二.轧件内部性能质量主要影响因素的分析及实验研究 运用材料在Gleeble-1500热力模拟试验机上进行的单道次和双道次等温恒应变速率下的压缩实验结果及等温条件下的晶粒尺寸测量结果,确立了材料热变形激活能、峰值应变、再结晶开始应变与Z参数的函数关系;建立了材料发生动态再结晶的临界条件以及动态再结晶过程的动力学方程;为确定材料在道次间隙时间里的软化行为,建立了材料静态及亚动态再结晶过程的动力学方程;为预测轧后晶粒尺寸,建立了晶粒尺寸与热加工参数以及描述奥氏体晶粒长大规律的函数关系模型;所有这些模型的建立为预测轧后晶粒尺寸奠定了理论基础。 三.轧件传热、塑性变形仿真模拟系统的建立 基于热力耦合刚粘塑性有限元法的数学模型,建立了能够模拟三维轧制过程的刚粘塑性有限元仿真模拟系统;联合变形、传热有限元仿真模拟系统与材料软化分数及晶粒尺寸计算程序建立了热轧板带产品晶粒尺寸的仿真模拟系统;所有这些程序的编制完成为进行轧制过程的数值模拟、晶粒尺寸预报及生产工艺优化提供了现实计算工具。 四.轧制成型质量控制系统的建立、实验验证及生产工艺优化 对轧后晶粒尺寸进行了预测计算,与实验结果进行的对比表明,所建立的材料相关模型及仿真模拟系统是正确可靠的;以某中板轧制过程为例,详细分析了轧制变形程度分布、变形速度、变形温度、间隙时间等工艺因素对轧件内部性能 WP=6 质量的影响规律,并利用模拟结果,对实际生产工艺参数进行了优化。 上述研究工作对于保证轧件的性能质量、提高轧制生产率、缩短产品试制周期、减少试制费用等都具有十分重要的意义,这种模拟及优化技术理应成为热塑性加工工艺设计的重要工具。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG335

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