【《热芯大压下轧制过程对某轴承钢变形渗透性影响分析案例》3900字】

热芯大压下轧制过程对某轴承钢变形渗透性影响分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u13490热芯大压下轧制过程对某轴承钢变形渗透性影响分析案例 122341.1热加工过程变形渗透性评价方法 14261.2轧制过程的有限元建模 4237941.3工艺参数对变形渗透性的影响分析 5187511.3.1压下量对变形渗透性影响分析 5226831.3.2温度场对变形渗透性影响分析 7在完成了连铸坯连铸过程模拟后，得到了需要的温度场。在此及基础上完成进一步的轧制过程。想要分析材料的均匀性，可以通过观察材料变形后的微观组织分析，也可以根据材料的变形渗透性的大小进行分析，这里采用的是利用材料的变形渗透性来代替均匀性进行分析。分析材料变形渗透性高低需要用到STB模型，最后根据结果，判断在热芯大压下轧制过程中坯料均匀性变化的规律。1.1热加工过程变形渗透性评价方法本文探究的时不同芯部温度和不同压下量对厚度变形方向均匀性的影响，为此，需要DEFORM软件上完成了如下轧制规程如表1.1所示的12组实验的建模过程后，利用计算机软件对模型进行数值计算模拟，完成后可以在后处理界面可以看到每一分析步的温度、应力应变、等效应力的相对大小，以及整体的分布情况。但是如何具体判断这些参数对材料变形渗透性的影响还未可知。故需要建立一套完整的轧制过程变形渗透性评价体系，对模拟所得结果进行分析，最终判断不同条件参数轧制情况对材料的均匀性的影响规律。表1.1轧制规程表组数材料芯部温度(℃)压下量(%)1Gcr15轴承钢95072Gcr15轴承钢950143Gcr15轴承钢950214Gcr15轴承钢950285Gcr15轴承钢115076Gcr15轴承钢1150147Gcr15轴承钢1150218Gcr15轴承钢1150289Gcr15轴承钢1350710Gcr15轴承钢13501411Gcr15轴承钢13502112Gcr15轴承钢135028基于有限元数值模拟技术，对连铸坯热芯大压下轧制过程变形渗透性进行了系统的总结。随着研究工作的不断深入，逐步建立了科学合理的轧制过程变形渗透性评价体系。轧制过程变形渗透性评价体系从的等效应变评价体系变为预制孔洞-孔洞压合评价体系，以及现阶段采用的孔隙残余率模型-孔洞压合理论判据。等效应变评价体系在判断材料最后的变形渗透性时考虑的因素过于单一。只考虑了从芯部到表面的等效应变情况，最后比较结果不准确。预置孔洞-孔洞压合评价体系通过判断最后预制孔洞的体积残余率来判断材料的变形渗透性。其主要受到三个因素的影响，包括静水压力、等效应力和等效应变。在最后结果的准确率上与前一种方法相比有所提高。图1.1孔洞压合评价体系示意图孔隙残余率模型-孔洞压合理论判据评价，即在材料的芯部设置孔动，并对其进行网格划分，最后通过判断孔洞的大小和网格的变形情况来判断材料的变形渗透性。但是这种方法在网格划分时需要将细化网格，否者容易产生网格畸变导致最终结果无参考价值；当细化网格后，计算量较大，计算时间长，较为复杂。利用静水压力积分Q来判断变形渗透性：Q=0ε式中参数Q是应力三轴比TX本文采用的利用宏观方法来判断，使用的是孔隙压合判据评价体系。目前主流的孔洞压合判据为：∆VV0=f(T式中：TX以此判据为基础，由于引用参数条件不同，衍生出了几种不同的模型，分别有：Tanaka模型、STB模型、Zhang模型等。本文采用了STB模型[34]作为判据对材料的变形渗透性进行分析。它是基于线性应力三轴度的模型，将力学参数与空隙体积联系起来。STB模型的公式如下：∆VV0=K即假设在每个增量步骤中孔隙体积分数的变化与应力三轴比和增量应变的乘积成正比。在该式中，比例系数Kc通过有限元模拟的线性回归来确定。在本文中取Kc=5，该值提供了圆柱形坯料压缩过程中单个球形孔隙体积演变的第一近似值[35]0ε∆V使用Kakimoto[36]等人提出的完全闭合的Q=0.21值，预测的体积减小可以计算为：1+∆VV此时减少的体积与原体积相等，故最终空隙体积即孔隙残余率等于0时，孔隙被完全封闭。符合所说的标准。在本文中，采用方式预置孔动，孔隙为圆柱形（或圆形），被放置咋在材料的中心处，利用其体积的变化来判断不同条件对材料变形渗透性的影响。若体积变化较大，则变形渗透性较好，反之，则变形渗透性较差。1.2轧制过程的有限元建模对此轧制过程在DEFORM软件上进行模拟，其过程分别有：（1）几何模型建立：轧制时选择的方坯为在经过里上文中连铸过程模拟的GCr15轴承钢并根据材料的成分和工艺条件按选择合适的本构模型及相关参数或公式；轧辊为中空圆柱，外直径为750mm，内直径为200mm，给予轧件一个初速度以便于轧件与轧辊咬合，故需要设置一个推板，给与极小速度，其大小为100mm×100mm×10mm。图1.2几何模型定义以及本构模型参数设定（2）网格划分；图1.3网格划分（4）设置轧件工艺参数——由于铸坯在连铸设备上的拉坯速度为0.9m/min，铸坯在连铸过程种运动的速度大小即为拉坯速度大小，故设置轧辊速度为0.9m/min、推板速度（使轧件和轧辊有初始接触）、设定压下量（分别为6.7%、13.5%、20%、26.7%）；（5）热交换设置：在轧制时，轧件与外部空气之间有热交换图1.4设置热交换（6）对象间关系设定，例如摩擦，在轧制过程中，摩擦为剪切摩擦，且数值随温度的变化而变化[37]，轧件与轧辊之间的导热系数设置为5.8；设定分析步数及模拟速度控制。图1.5对象间关系设定1.3工艺参数对变形渗透性的影响分析1.3.1压下量对变形渗透性影响分析对于压下率对铸坯厚度方向变形的影响，主要研究在相同温度场1150℃时，讨论不同的压下率下厚度方向变形的情况。分别在有限元软件上模拟了压下量为7%、14%、21%、28%这四种条件下的轧制过程。下图为在不同压下量条件下的等效应变云图1.6和芯部一点全过程等效应变曲线图1.7。（a）（b）（c）（d）图1.6温度1150℃时不同压下率等效应变云图（a）压下率7%；（b）压下率14%；（c）压下率21%；（d）压下率28%；图1.7芯部一点在不同压下等效应变图根据云图，可以明显看出压下量越大，芯部的等效应变越大，曲线图也满足以上规律。根据等效应变评价，可以得这一结论，但是，其结果由于只考虑了这一因素，可能得出的结论有误差，还是需要对结果进行定量分析。通过静水压力积分对这四个工艺流程结果进行计算，下图1.8是不同压下量情况下等效应变增量与应力三轴度曲线图。（a）（b）（c）图1.8不同压下量不同参数曲线图（a）等效应变增量；（b）应力三轴度；（c）应力三轴度与等效应变由图可知：随着压下率的增加，等效应变的增量增加，其增量集中在某一时间段，且变化趋势较大。在等效应变不为零的时间段，应力三轴度也跟着增加。由于最后Q值为两者乘积之和，那最后可以定性判断出随着压下率的增加，Q值变大。定量分析不同工艺之间的压合效果如下：压下量为7%时：Q7%=0.0516；压下量为14%时：压下量为21%时：Q21%=0.3375；压下量为28%时：可以看出在压下量不同时，随着压下量的提高，Q值变大，则变形渗透性提高，压下量越大，压合效果越好，但是否完全压合无法判断。仅仅通过静水压力的积分Q不能直观清晰的分析压合的最终效果。故最后用STB模型来描述压合效果。将上述Q值带入式(1.4)、(1.5)可以得到：压下量为7%时：孔隙残余率为0.712；压下量为14%时：孔隙残余率为0.1815；压下量为21%时：孔隙残余率为-0.6875；压下量为28%时：孔隙残余率为-1.973。通过计算孔隙残余率，可以看出，压下量越大，残余率越小，直到值为负值。当刚好完全压合时，其压下率应该在14%到21%之间。当残余率为负值时，压合也已经完全完成，应当比较Q值得大小，Q值越大，压合效果越好。那么可以看出：当温度一定时，压下率越大，压合效果越好，变形渗透性越好，厚度方向上的均匀性也越好。1.3.2温度场对变形渗透性影响分析对于温度场对轴承钢变形均匀性的影响，主要研究在相同压下不同的初始温度场下厚度方向变形的情况。在图3.11中温度为1350℃、1150℃、950℃位置将轧件进行压下，选择的压下率为14%。在有限元软件上模拟这三种条件下的轧制过程。下图为在不同芯部温度条件下的等效应变云图1.9和芯部一点全过程等效应变曲线图1.10。（a）（b）（c）图1.9压下率为14%时不同温度场等效应变云图（a）芯部温度950℃（b）芯部温度1150℃（c）芯部温度1350℃根据云图，可以看出温度越大，芯部的等效应变越大，其变形的均匀性也理有提高，但在温度为1150℃和温度在1350℃部分变形情况不明显。曲线图也满足以上规律。根据等效应变评价，可以得这一结论，但是，其结果由于只考虑了这一因素，可能得出的结论有误差，还是需要对结果进行定量分析。图1.10不同芯部温度等效应变图通过静水压力积分对这三个工艺流程结果进行计算，下图1.11是不同温度场情况下等效应变增量与应力三轴度曲线图。（a）（b）（c）图1.11不同压下量不同参数曲线图（a）等效应变增量；（b）应力三轴度；（c）应力三轴度与等效应变由图可知：随着温度场的增加，等效应变的增量增加，在等效应变不为零的时间段，应力三轴度也跟着增加。由于最后Q值为两者乘积之和，那最后可以定性判断出随着芯部温度的增加，Q值变大。定量分析不同工艺之间的压合效果如下：芯部温度为950℃时：Q950℃芯部温度为1150℃时：Q1150℃芯部温度为1350℃时：Q1350℃可以看出随着温度场的升高，Q值变大，则变形渗透性提高，温度场越高，压合效果越好，但是否完全压合无法判断。仅仅通过静水压力的积分Q不能直观清晰的分析压合的最终效果。故最后用STB模型来描述压合效果。将上述Q值带入式(1.4)、(1.5)可以得到：