小序

TC4合金作为一种典范的α-β型两相钛合金,密度小、比强度高、耐蚀耐热性能好,被普遍应用于航空、航天、军工等领域[1]。。。。。。随着越来越多的钛产品涌入民用领域,TC4钛合金最先被普遍研究。。。。。。海内多位学者通过高温下TC4钛合金的热压变形,研究了变形温度及变形速率对证料流变应力的影响,并团结微观组织演变确定了质料最佳变形温度及变形速率规模[2-4]。。。。。。宝钛集团、西部钛业等钛产品生产制造企业[5-6]接纳差别的轧制工艺及热处置惩罚工艺对TC4钛合金板坯举行轧制实验,通过对试样举行金相剖析和力学性能测试,探讨了最优轧制工艺。。。。。。王牛浚？？？？？〉热薣7]对TC4钛合金举行铸造热塑性变形加工,然后举行多火次换向热轧变形,研究了其组织演变纪律。。。。。。徐勇等人[8]通过多道次轧制制备了高强度TC4钛合金板材,较量剖析了多道次换向轧制和单向轧制的TC4钛合金室温力学性能和微观组织。。。。。。现在研究多围绕在TC4钛合金热变形特征研究及轧制工艺开发方面,关于热轧历程板坯温度转变及其全流程温度控制方面研究鲜有报道。。。。。。

钛合金轧制与通例钢材轧制差别,其轧制温度窗口窄,导热性能差,若开轧温度过高或轧制变形过大均会导致轧件心部温度急剧升高,组织泛起缺陷、塑性变差,导致轧制变形不均、板带边裂等问题;轧制温度过低,将导致轧制力过大,板形难以控制等问题。。。。。。别的,轧制温度也直接影响轧制力模子的准确性进而影响轧件出口厚度精度。。。。。。

钛合金板材热轧生产现在仍依赖人工履历,接纳“边看边轧”方法,其自动化水平相比先进钢铁生产具有很大差别[9]。。。。。。因此,系统研究多道次热轧历程钛合金板材温度转变及漫衍纪律,变形及力能参数转变等关于实现钛合金板材生产自动化、提升产品良品率及生产效率至关主要。。。。。。

本文接纳MSC.Marc有限元软件举行TC4钛合金板多道次热轧全流程模拟,重点研究多道次轧制历程中轧件外貌与心部温度转变情形,剖析轧件外貌与心部温差转变缘故原由,为制订TC4钛合金板合理热轧工艺规程,实现钛合金轧制生产自动化提供理论依据。。。。。。

1、多道次轧制历程有限元模子

将钛合金板材热轧历程视为对称问题,取二分之一举行剖析,建设如图1所示平面轧制模子。。。。。。由于轧件与轧辊间的接触换热主要爆发在辊面,将事情辊设为可传热刚性空心辊[9],经模拟验证后设置空心辊厚度为50mm,以缩短盘算时间。。。。。。

轧件咬入依赖轧件后端一速率略低于事情辊线速率的刚性推板强迫推入辊缝,咬入后该刚体自动被释放,轧件在摩擦力的作用下实现稳固轧制。。。。。。

提取上一道次温度场数据,作为下一道次各节点温度初始条件输入,实现钛合金板材多道次热轧历程温度场的继续。。。。。。本文只针对轧件中部温度场举行研究,故不思量轧件头尾温差,轧件模拟长度举行了缩弊端理,凭证轧制速率、轧制长度等工艺条件延伸各道次间隙空冷时间,增补由于截短轧件而镌汰的轧制时间轧制模拟历程基本参数见表1。。。。。。通过热轧实验、空冷实验团结有限元模拟的要领[10],确定了TC4轧件与轧辊接触换热系数为8000W·m^-2·K^-1、轧件与空气对流换热系数为120W·m^-2·K^-1。。。。。。TC4钛合金质料热物参数参照文献[11]举行设置,见表2。。。。。。流变应力凭证Gleeble-3800热模拟实验机上测得的质料流变数据体例[12-13]。。。。。。轧制工艺制度接纳某厂TC4钛合金板轧制现场工艺数据,第一火次轧制分为8个道次,各道次轧制工艺参数见表3,原始板坯尺寸为150mm(厚)×1800mm(长)×2700mm(宽)。。。。。。针对该规程建设有限元模子举行仿真模拟,剖析一火次轧制中钛合金板坯温度漫衍及演变纪律,并提取各道次轧制力与温度的模拟效果,并与现实轧制效果举行比照,验证有限元模子的准确性。。。。。。

2、效果及剖析

2.1　温度效果剖析

钛合金板轧制历程中对温度控制要求较为严酷,故本文重点研究轧件心部温度与外貌温度转变情形。。。。。。各道次轧后板坯厚度偏向温度场云图漫衍如图2。。。。。。随着轧制道次的举行,钛板坯温降在厚度偏向上逐渐由外貌向心部推移,在板坯厚度较大时,外貌温度一直降低,在第7,8道次由于轧件减薄内部热传导占有主要作用,外貌温度小幅升高;而心部温度经8道次轧后转变不大。。。。。。

轧后板坯外貌和心部平均温度转变如图3。。。。。。

随着轧制的举行,在初始几个道次轧件较厚时,外貌与心部温差一直增大,到第6道次最大温差抵达120℃;而第7道次后轧件变薄,轧件内部热传导占有主导职位,轧件整体温度最先趋于匀称,轧件外貌温度与心部温度的温差减小。。。。。。

第一火次轧制全流程中轧件外貌与心部温度转变曲线如图4所示。。。。。。由于空冷、与轧辊接触换热温降较大,且空冷速率约1℃/s,每道次由轧辊接触换热引起的温降约20℃左右,外貌温度在轧制全流程中整体呈一直降低的趋势,至第8道次出轧制区后轧件外貌温度降至约850℃;轧件心部温度呈先增大后减小的转变趋势,温升主要是由轧件内部塑性变形热量累积引起,至第5道次心部温度最高约953℃,累计温升约20℃,差别道次由于道次压下率差别,由塑性功生热引起的心部温升在2~5℃规模不等,且压下率越大温升越大。。。。。。

在整个轧制历程中,轧件的温度转变主要爆发在轧制阶段,此阶段轧件除保存空冷、与轧辊间的接触换热等温降因素外,尚有轧件塑性变形生热、轧件与轧辊摩擦生热等温升因素。。。。。。故取各道次轧件外貌与心部两位置点从进轧制区到出轧制区的整个轧制阶段的温度转变曲线如图5。。。。。。

由图5可以看出在各轧制道次中,外貌位置点在咬入瞬间,由于轧件和轧辊间的摩擦及塑性功生热,保存3~12℃的温升,这主要与各道次轧件与轧辊的接触状态有关,之后由于轧辊间接触,外貌温度急速下降,温降约为15~30℃,出轧制区后由于轧件自身热传导,又会有差别水平的“返红”征象;而在变形区内轧件心部温度由于塑性功生热而泛起温升征象,其温升情形主要取决于轧制压下率,第8道次轧制压下率最大为25.28%,其温升达12℃。。。。。。且前5道次间心部温度为一直累计温升,到第6道次由于轧件减薄,轧件内部最先温降,且由于轧件变长、空冷时间增添,轧件整体温度显着下降。。。。。。

2.2　模拟效果与现场数据比照

提取各道次轧件外貌温度与轧制力的模拟效果,与现场实测效果举行比照,效果如图6,图7所示。。。。。。

由图6可以看到差别道次下,模拟的外貌温度均高于实测的外貌温度,其原由于模拟开轧温度与现实开轧温度保存一定误差,现场数据无开轧温度数据。。。。。。且由于现实现场中轧件外貌温度接纳非接触式丈量,现场丈量效果保存一定误差,总体外貌温度模拟值与实测值吻合性高,误差限在1.85%~5.47%之间。。。。。。由轧制力模拟值与实测值比照图可知,模拟获得的各道次稳固轧制力和现实丈量的轧制力有相同的转变趋势。。。。。。最大误差限在第2道次,为17.86%,模拟效果在可靠误差规模内。。。。。。

3、结论

在钛合金多道次轧制全流程中,随着轧制道次的举行,轧件外貌温度与心部温度的温差呈先增大后较小的转变趋势,在第6道次轧件外貌温度与心部温度的最大温差可达120℃。。。。。。外貌温差过大易形成较大热应力从而导致外貌开裂。。。。。。

在各道次轧制时变形区内轧件心部温度均由于塑性功变形生热而升高,且心部温度在前5道次一直温升,累计温升约20℃。。。。。。以是在TC4钛合金热轧一火次阶段,轧件厚度较大时应控制道次压下率不宜过大,一样平常不应凌驾25%,以防板坯心部温度越过相变点,塑性变差。。。。。。

比照模拟获得的轧件外貌温度、各道次稳固轧制力与现场实测外貌温度、轧制力发明模拟效果均在允许误差规模内,说明本文建设的TC4钛合金板材多道次轧制有限元模子可靠,其剖析效果对现实制订钛合金多道次轧制工艺规程具有一定的指导意义。。。。。。

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