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棒材粗轧过程的有限元模拟和晶粒尺寸预报

分析钢材轧制成形问题,利用计算机技术与塑性变形的物理冶金学理论相结合,对塑性变形过程进行有目的、可控制的模拟:求解在热加工的各个变形阶段轧件和轧辊内部的应力、应变、温度的变化分布规律;定量分析材料在热变形过程中的动态再结晶、静态再结晶及再结晶过程中的晶粒变化现象,揭示组织演变过程与各影响工艺参数间的关系,并为最终预报产品的性能,进而优化生产工艺,推动生产技术的发展打下基础。 在 GLEEBLE3500 热模拟试验机上测量了不同轧制温度下 40Cr 材料的真应力-真应变数据,进行了动态再结晶、静态再结晶模拟试验。通过金相实验分析,测量了发生再结晶后的平均晶粒尺寸。对热模拟数据进行回归处理,建立了热变形过程中的峰值应变模型、动态再结晶模型、静态再结晶模型。 结合钢厂实际生产的工艺数据,应用有限元软件 DEFORM-3D 程序,采用大变形刚塑性有限元法对材料为40Cr的棒材粗轧四道次过程进行数值模拟,对变形过程中的温度场、应力场、应变  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

薄板微细成形摩擦行为建模与实验研究

界面摩擦是金属薄板成形过程中的重要边界条件之一,是影响零件质量的关键要素。随着板料厚度的减小,表面积体积比增大,摩擦对成形过程的影响将更加显著;当板料厚度减小到微介观尺度,晶粒尺寸对成形行为的影响不可忽略,从而产生显著的尺度效应。传统的摩擦模型如库伦摩擦模型、常因子摩擦模型、通用摩擦模型等,未对摩擦过程中晶粒的影响进行系统的描述,难以适用于微细薄板成形过程,因此对微细薄板成形工艺中界面摩擦行为及晶粒尺度效应的研究具有重要价值。本文以金属成形中模具与工件的摩擦行为预测为目标,围绕多晶金属材料在摩擦过程中的表面变形与损伤及晶粒尺寸对摩擦的影响展开研究,并结合微细金属薄板辊压等成形工艺,对零件的表面划痕以及成形质量进行预测,通过工艺实验验证了理论方法的有效性。本文的主要研究工作包括:1)多晶金属材料界面摩擦行为的晶粒尺度效应实验研究目前针对塑性多晶材料的摩擦晶粒尺度效应的实验研究结论存在争议,不同的学者采用不同实验方法,得到了摩擦系数...  (本文共199页) 本文目录 | 阅读全文>>

燕山大学
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高锰奥氏体钢的微观组织调控及室温和低温力学性能

鉴于降低能耗与提高安全性的要求,高强高韧一直是低温用钢铁材料的研发热点。具有优异室温和低温性能的9%Ni钢(GB 24510-2009规定的9%Ni钢主要性能指标包括:室温屈服强度≥590 MPa,拉伸强度680~820 MPa,延伸率≥18%,-196 ℃冲击功≥80 J)在液化天然气(LNG)的储运工程中得到了成功应用,比如在LNG运输储罐建造上大量使用,但因昂贵的Ni含量高以及生产工艺复杂,造成材料成本高,而且我国还主要依赖进口。近年来,开发成本相对较低的高锰(Mn)孪晶诱发塑性(TWIP)奥氏体低温用钢得到了广泛关注。目前国际上开发的低温用高Mn奥氏体TWIP钢的典型成分是Fe-(15~25)%Mn-Al-C,由于其低层错能诱发的TWIP效应,其室温和低温延伸率(50%)均高于9%Ni钢,但这类钢的室温屈服强度只有约450 MPa,而且随着温度降低或塑性变形,马氏体将在奥氏体晶界和晶内形成,这大大降低了低温下的冲击性能(...  (本文共137页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京理工大学
南京理工大学

纯铜塑性行为的晶粒尺寸与应变速率效应研究

强度和塑性是结构材料最基本的力学性能。等径角变形等剧烈塑性变形方法通过细化材料内部的晶粒组织,大幅提高了其强度。另一方面,改变材料变形的外在条件对材料的力学行为也会产生影响显著,例如高应变速率变形下,材料的流变应力会明显提高。多晶材料塑性变形时表面会产生粗糙起伏的“桔皮效应”。迄今的研究已经清楚了在常规应变速率条件下晶粒尺寸细至18μm的金属材料的“桔皮效应”产生规律。然而,当晶粒尺寸细化至超细晶/纳米晶尺度时、以及在高应变速率条件下,“桔皮效应”是否依然存在?是否还遵循粗晶时及常规应变速率时的规律?这些问题的答案对于在超细晶/纳米晶的范畴发展“桔皮效应”相关的塑性理论、以及这类新材料的塑性成形和应用具有重要的作用。另一方面,塑性变形中流变应力的应变速率敏感性指数(Strain rate Sensitivity,简称SRS)是表征材料塑性行为的重要参数。业已表明fcc金属的SRS会随着晶粒尺寸的减小而显著升高。这一现象可以用热激...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京科技大学
北京科技大学

基于激光超声的金属板带晶粒尺寸在线检测方法研究

金属板带产品的晶粒尺寸是表征材料内部微观组织性能的重要质量参数,晶粒尺寸的大小在一定程度上决定了材料的强度、硬度等力学性能及电磁性能。实现晶粒尺寸的在线检测是进一步实现金属板带微观组织性能闭环控制的关键环节,同时也是实现板带生产智能化所必须的检测手段。然而长久以来,金属材料晶粒尺寸的检测方法一直停留在离线的破坏性检测,具有周期长、无法实现在线检测等弊端。本文研究了一种基于激光超声技术的在线检测金属板带晶粒尺寸的方法,在实验室中搭建了用于移动金属板带晶粒尺寸检测的激光超声检测系统,通过基于超声波衰减系数谱的计算模型实现了对移动过程金属板带的晶粒尺寸检测。论文取得如下创新性成果:(1)搭建了用于检测金属板带晶粒尺寸的激光超声检测系统,实现了板带移动过程中的超声波远距离激发、接收以及连续采集和处理。以8 ns宽度脉冲激光作为超声波的激励源,采用基于双波混合干涉原理的超声探测系统在板带内部往复传播的超声纵波。采用基于PXIe总线的高速信...  (本文共131页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京理工大学
南京理工大学

304不锈钢晶界结构演化与晶粒尺寸和变形条件的相关性研究

晶界作为多晶材料的重要组成部分,对材料的性能具有重要影响,如晶间腐蚀、析出、断裂、蠕变等现象与晶界结构密切相关。大量研究表明通过合适的形变热处理工艺来调控材料的晶界特征分布,特别是提高低∑CSL(Coincidence Site Lattice)晶界的比例和隔断随机晶界网络的连通性,可以实现对材料晶界相关性能的改善。目前,关于形变热处理工艺参数对晶界特征分布影响的研究主要集中在变形量、退火温度、退火时间以及加工道次等方面。晶粒尺度作为材料的重要组织特征,对退火过程中晶粒的长大行为有着重要的影响;同样地,不同变形方式和路径在材料内部引入的不同应变状态和应力水平也对后续退火处理过程中晶粒的长大行为有显著作用,这些都势必会对材料的晶界特征分布产生影响。因此,本文以304奥氏体不锈钢为研究对象,就初始晶粒尺寸、变形方式及变形路径对晶界结构演化的影响开展系统而深入的研究;同时基于人工神经网络和遗传算法对形变热处理工艺参数进行了优化。主要研...  (本文共130页) 本文目录 | 阅读全文>>