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AZ31B接触换热系数测定及轧制换热机制研究

刘树光  
【摘要】:本文重点研究了镁带轧制过程中的换热机制及接触换热系数变化规律,分析了镁带轧制变形区温度与轧制工艺参数的关系,通过实验与数值模拟相结合的方法,确定了较薄规格镁带轧制温度制度,以对镁带轧制温度进行最优控制。首先,基于稳态热流法,搭建了适用于镁合金的接触换热系数测量装置。对AZ31B镁合金的接触换热系数进行了多工况测量,主要研究了界面间接触换热系数随表面粗糙度、界面应力以及界面平均温度变化规律。通过COMSOL多物理场建模,对高压状态下的接触换热系数变化规律进行了分析。其次,基于轧制测温平台,实测了镁带轧制换热过程,深入分析了轧制过程中变工况参数对轧制换热机制的影响。对不同厚度镁带温轧中换热过程进行了分析:镁带轧后温度是与空气对流、辐射换热、与轧辊接触换热及摩擦生热、塑性变形热、内部传热综合作用下的结果。并针对镁带在轧制变形区内的温降与单道次压下率、入口温度、镁带厚度的关系进行了分析:轧制变形区内的温降与压下率基本呈正比关系,即压下率越大,轧制后出口温度越低;轧制变形区的温降与镁带初始温度呈正相关,即初始温度越高,温降越大;随着镁带厚度的增加,轧制变形区内的温降逐渐减小。最后,基于镁带轧制热力耦合弹塑性有限元模型,结合镁带温轧实验及接触换热系数变化规律,确定了仿真模型中接触换热系数的取值;研究了轧制速度及轧辊预热温度对轧制换热的影响,确立了不同规格镁带最佳温度制度。在轧辊预热温度为150℃,轧制速度为25mm/s时,2mm厚度的镁带轧制时需预热至350℃,单道次压下率控制在10%~15%;1mm厚度的镁带:预热温度为400℃,单道次压下率5%以内。对于0.5mm厚度的镁箔,需将轧制速度提升至50mm/s进行轧制,此时镁带预热温度为400℃,轧辊预热至150℃,压下率为5%以内,轧制变形区温度符合轧制要求。通过对AZ31B接触换热系数的测定及轧制换热机制研究,可为多规格镁带以及镁箔轧制温度制度的设定提供理论支持和实验基础。


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