難加工金屬材料熱輥溫軋工藝基礎研究

《難加工金屬材料熱輥溫軋工藝基礎研究》是依託東北大學，由李長生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：難加工金屬材料熱輥溫軋工藝基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李長生
• 依託單位：東北大學

中文摘要

本項目針對難加工金屬材料的變形抗力大和塑性差問題，提出了一種熱輥溫軋工藝方法，即軋機軋輥感應加熱，軋制過程中依靠與熱輥接觸傳熱軋件溫升實現溫軋工藝的方法。為此改裝實驗室熱輥溫軋實驗軋機，進行TiAl合金、鎂合金等難加工金屬材料的熱輥溫軋工藝試驗；採用試驗研究與理論計算相結合的方法，研究軋輥感應加熱溫度場及其對軋件溫度提升的作用，進而實現對軋件溫度的有效控制，以保證熱輥溫軋工藝的實施；觀察和測試熱輥溫軋工藝條件下軋件的晶粒組織、內部缺陷和力學性能；提出熱輥溫軋過程軋件溫升的組織軟化理論方法，建立熱輥溫軋過程中軋輥和軋件的溫度預報模型、組織演變模型和力學性能預測模型；積累實驗數據建立熱輥溫軋工藝理論基礎。本項目提出的熱輥溫軋工藝方法對於解決難加工金屬材料的軋製成形這一挑戰性難題，促進難加工金屬材料套用領域的發展將具有重要的理論意義和實用價值。

結題摘要

針對難加工金屬材料塑性差問題，本項目提出了一種熱輥溫軋工藝方法，即軋機軋輥感應加熱，軋制過程中依靠與熱輥接觸傳熱軋件溫升實現溫軋工藝的方法。選擇AZ31鎂合金這一典型塑性差金屬材料作為研究對象，對其熱輥溫軋工藝進行了實驗研究，建立了難加工金屬材料熱輥溫軋工藝技術基礎。 基於實驗室現有設備改裝熱輥溫軋實驗軋機，開展軋輥感應加熱實驗，提出了軋輥感應加熱過程中輥面溫度的控制方法，為開展熱輥溫軋工藝試驗研究提供了設備保證條件。根據軋輥材料和板帶材料的熱物性參數，軋輥和板帶材表面粗糙度、摩擦和應力狀態，建立和求解了軋制過程中軋輥與板帶材的接觸界面傳熱係數。並對軋制過程軋輥和板帶材進行綜合傳熱分析，在此基礎上實現了軋制過程軋輥和板帶材的溫度場、應力場和應變場的一體化模擬。為了保證板帶材溫升至合適的軋制溫度範圍，利用試驗研究數據和軋制工藝參數，計算確定熱輥溫軋過程的軋輥溫度制度、速度制度和壓下制度，通過建立軋輥溫度與感應加熱電流、頻率、軋制速度和變形量關係數學模型，從而建立了板帶材溫度與軋輥溫度關係模型，實現了板帶材溫升至合適的溫度控制。建立了熱輥溫軋過程板帶材的晶粒組織預測模型，該模型考慮了軋輥溫度、原始晶粒尺寸、軋制速度、軋制變形量、軋件原始厚度等因素的影響。 AZ31鎂合金動態再結晶的晶粒組織對原始晶粒大小非常敏感，有較明顯的組織遺傳效應。當板材初始晶粒尺寸增大時，會導致軋後組織粗化，且晶粒尺寸分布不均勻，並使力學性能惡化。探討了AZ31鎂合金熱輥溫軋過程組織演變、動態再結晶機制、位錯和裂紋缺陷演變、晶界滑移、孿晶形核等組織軟化與塑性轉變機理。AZ31鎂合金變形剛開始時，傳熱較差，產生了大量的位錯，由於非基面滑移在低溫時無法開動，而在晶界處塞積。由於層錯能較低，晶界處應力集中通過大量的孿生來鬆弛，孿晶從晶界處向晶粒中生長。孿晶界也作為障礙，使位錯在其周圍塞積，在孿晶內部產生二次孿晶，或者通過交叉孿晶，使孿晶內形成大量取向隨機的新晶粒，即發生孿生動態再結晶。 在實驗室進行了Fe-6.5%Si鋼的熱軋和熱處理實驗。測試了實驗鋼的晶界間距和顯微硬度。分析了不同冷卻條件下實驗鋼的B2和DO3有序相衍射峰的強度與A2衍射峰比值的影響，討論了Fe-6.5%Si鋼的脆性機制。