1、纯铜大变形异步叠轧数值模拟及工艺优化设计 【关键词】 异步叠轧; 数值模拟 ; 工艺优化; TU2 纯铜; 【英文关键词】 AARB; numerical simulate; process optimization; TU2 copper; 【中文摘要】 超细晶材料在保持较好韧性的同时,显著地提高材料强度,同时在疲劳强度、热稳定性和超塑性工艺等方面表现出优异的性能。异步叠轧(Asymmetrical accumulative roll-bonding,简称 AARB)能在不改变外部尺寸的基础上获得大应变,制备出微观结构均匀细化的三维大尺寸块体材料,是制备超细晶材料的先进技术。 目前,虽然对异
2、步叠轧过程的研究已取得了一定的成果,但对叠轧的工艺参数,尤其是异步比对大变形叠轧制备超细晶的力学特征影响、超细晶的形成等问题了解不深入,大量的实验求证存在经费支出大和工作量大的困难。本文应用数值模拟技术,对异步叠轧过程中应力场、应变场、金属流动速度场、板形以及轧制力等问题进行了分析,获得了较优的 AARB 工艺参数。 本文对 60060min 退火 TU2纯铜进行异步叠轧,简单分析了低道次不同压下量的材料力学性能变化。测量了六个道次异步叠轧的轧制力并计算了一道次的轧制力,结果表明一道次计算轧制力与测量轧制力非常相近,说明计算过程选取的参数较为准确,为模拟摩擦系数等参数的选取提供了实验支持。 建
3、立三维有限元模型,应用有限元软件 DEFORM-3D 模拟了一道次纯铜异步叠. 【英文摘要】 The material with ultra-fine grains not only has an excellent ductility, fatigue strength and thermostability, but also exhibits the good work ability. The AARB(Asymmetrical accumulative roll-bonding) is an effective way to obtain the bulk material with
4、 homogeneous ultra-fine grains by severe plastic deformation without alteration on dimensions of the sample. At present the process of AARB studies have achieved some results. However, the parameters of accumulative roll process not very clearer, especiall.摘要 3-4 Abstract 4-5 第一章 绪言 9-15 1.1 课题提出的背景
5、及意义 9 1.2 异步轧制及其制备细晶的研究现状 9-10 1.3 有限元法在轧制中的应用 10-13 1.3.1 有限元简介 10-11 1.3.2 有限元数值模拟在轧制中的应用 11-13 1.4 本文研究的目的与意义 13-14 1.5 本文研究的主要内容 14-15 第二章 建模及参数设置 15-23 2.1 模型建立 15-17 2.1.1 软件介绍 15-17 2.1.2 几何模型的建立及图形文件的输入 17 2.2 模拟中几个关键的问题和参数设置 17-22 2.2.1 材料的流动应力应变曲线 17-18 2.2.2 材料及其模型 18-19 2.2.3 网格划分和重划分 19
6、-20 2.2.4 迭代方法 20 2.2.5 增量方式和步长 20 2.2.6 收敛准则 20-22 2.2.7 摩擦方式的选择及其取值 22 2.2.8 轧制角速度和温度的选择 22 2.3 本章小结 22-23 第三章 叠轧实验及轧制力测量 23-36 3.1 异步叠轧原理概述 23-24 3.2 实验材料 24-25 3.3 实验设备 25 3.4 实验过程 25 3.5 工艺流程及各工序作用 25-26 3.6 力学性能分析 26-28 3.7 传感器设计及轧制力测量 28-33 3.7.1 轧制力的测量方法 28 3.7.2 电阻应变式传感器设计 28-32 3.7.3 测量结果
7、32-33 3.8 轧制力的工程计算 33-35 3.8.1 接触面积的计算 33-34 3.8.2 平均单位压力的计算 34-35 3.8.3 轧制力的计算 35 3.9 本章小结 35-36 第四章 叠轧有限元模拟及分析 36-50 4.1 变形过程 36-37 4.2 应变 37-38 4.3 应变速率 38-41 4.4 应力 41-44 4.5 轧制力 44-45 4.6 结果分析与讨论 45-48 4.6.1 应力对纯铜晶粒细化的影响 45-46 4.6.2 应力对工件质量的影响 46-47 4.6.3 金属流动对晶粒细化的影响 47-48 4.6.4 轧制力对比 48 4.7 本章小结 48-50 第五章 异步叠轧工艺参数优化 50-64 5.1 不同异步比模拟实验 50-56 5.1.1 异步比对应力的影响 50-52 5.1.2 异步比对轧制力的影响 52-54 5.1.3 异步比对板形的影响 54 5.1.4 异步比对其他参数影响 54-56 5.2 叠轧参数的正交模拟实验 56-60 5.3 最优方案模拟实验 60-62 5.3.1 模拟实验 60-61 5.3.2 新工艺异步叠轧实验 61-62 5.4 本章小结 62-64 第六章 结论与展望 64-66 致谢 66-67 参考文献
