[發(fā)明專(zhuān)利]一種鎂合金板材軋制組織性能預(yù)測(cè)模型的建立方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710079978.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107562975A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬立峰;徐海潔;劉光明;黃志權(quán);林金保;朱彥春
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎂合金板材軋制后組織性能預(yù)測(cè)模型的建立方法，可以適用于不同牌號(hào)鎂合金軋制組織性能預(yù)測(cè)模型的建立。

背景技術(shù)

近年來(lái)，軋制理論研究日益成熟，依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)板材軋制塑性變形過(guò)程中的理論研究開(kāi)始深入到組織性能預(yù)報(bào)模型的建立和組織演變模擬程序的開(kāi)發(fā)工作中。鎂合金板帶軋制工藝的研究雖然已有很大成果，但是還是存在兩個(gè)主要問(wèn)題，一是對(duì)鎂合金軋制工藝路線(xiàn)制定還處在摸索階段，沒(méi)有形成完善和統(tǒng)一的鎂合金軋制工藝?yán)碚摚嘟梃b軋鋼工藝研究或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎂合金軋制工藝制度的制定，且現(xiàn)有鎂合金軋制工藝與軋后板材組織性能間相關(guān)性的系統(tǒng)性研究還不成熟，軋制制度的制定與其塑性的提高未能建立較好的理論聯(lián)系。

現(xiàn)有研究成果大都是有關(guān)鎂合金本構(gòu)模型及再結(jié)晶模型的建立，以及軋制過(guò)程中的熱力變形機(jī)理模型和微觀組織演變模型的研究，進(jìn)而通過(guò)有限元或自開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行鎂合金熱變形過(guò)程中的微觀組織演變的模擬，但對(duì)于鎂合金軋制組織性能預(yù)報(bào)技術(shù)的研究較少。

本發(fā)明專(zhuān)利針對(duì)鎂合金軋制組織性能預(yù)報(bào)問(wèn)題，提出了一種鎂合金軋制組織性能模型的建立方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專(zhuān)利的目的就是基于板材軋制變形區(qū)的應(yīng)變速率數(shù)學(xué)模型、平均晶粒尺寸模型及抗拉強(qiáng)度模型，提供一種鎂合金軋制組織性能預(yù)測(cè)模型的建立方法。

本發(fā)明的鎂合金軋制組織性能預(yù)測(cè)模型的建立方法具體步驟如下：

步驟一、軋制變形區(qū)應(yīng)變速率模型的建立

板材軋制變形區(qū)如圖1所示。將鎂板軋制變形歸為平面變形問(wèn)題，僅考慮板材厚度方向上的壓縮變形，長(zhǎng)度方向上的延伸變形，忽略寬展。板坯軋制過(guò)程中，沿變形區(qū)長(zhǎng)度l內(nèi)各個(gè)不同垂直橫斷面上的板材厚度、金屬流動(dòng)速度、軋制速度分量都是不同的，因此采用平均應(yīng)變速率來(lái)表示軋制變形區(qū)內(nèi)的板材變形速度。

為提高平均應(yīng)變速率表征精度，采用接觸弧方程和接觸弧參數(shù)方程進(jìn)行推導(dǎo)，確定鎂板軋制變形區(qū)各個(gè)截面的水平速度，并考慮前滑對(duì)變形區(qū)出口速度v₁的影響，進(jìn)而求解軋制變形區(qū)的平均應(yīng)變速率。

(1)任意斷面的水平速度v_x沿厚度方向平均分布，采用接觸弧方程和接觸弧參數(shù)方程：

式中，x為斷面位置，D為軋輥直徑，mm，R為軋輥半徑，mm；h₁為鎂板軋制出口厚度；α為厚度斷面h_x的位置角。

考慮板材軋制時(shí)咬入角θ比較小，sinθ≈θ，cosθ＝1-θ²/2，其變形區(qū)應(yīng)變速率為：

式中，v₀為軋制變形區(qū)入口速度，v₁為出口速度，h₀為鎂板軋制入口厚度，△h為軋制壓下量， mm。

板帶軋制過(guò)程中存在前滑現(xiàn)象，前滑現(xiàn)象會(huì)直接影響軋件的出口速度v₁。因此，軋件出口速度v₁與前滑系數(shù)s₁存在相關(guān)性。鎂合金板材穩(wěn)定軋制變形時(shí)的摩擦系數(shù)μ_s＝0.35，摩擦系數(shù)μ_s決定了鎂板軋制時(shí)的前滑系數(shù)：因此，針對(duì)鎂合金板材的軋制特性，可得鎂合金軋制變形區(qū)出口速度v₁：

進(jìn)而建立了鎂板軋制變形區(qū)的精確應(yīng)變速率的數(shù)學(xué)模型：

步驟二、平均晶粒尺寸預(yù)測(cè)模型的建立

引入齊納-霍洛蒙(Zener-Hollomon)參數(shù)，為變形速率與溫度函數(shù)的乘積，綜合表征了塑性變形過(guò)程中變形溫度和應(yīng)變速率的關(guān)系：

式中，T為變形溫度，K；Q為塑性變形激活能，J/mol，和材料有關(guān)；為應(yīng)變速率，s^-1；R 為氣體常數(shù)。

鎂合金板材在軋制過(guò)程中沿厚度方向的熱壓縮變形中，軋后鎂板平均晶粒尺寸d與應(yīng)變速率軋制溫度T存在數(shù)學(xué)關(guān)系：

其中，k和b為常數(shù)。

進(jìn)一步擬合求解平均晶粒尺寸預(yù)測(cè)模型的具體方法為：

(1)將(kQ/RT+b)看作一個(gè)常數(shù)b₁，對(duì)lnd和進(jìn)行擬合解析：

(2)將看作一個(gè)常數(shù)b₂，對(duì)lnd和1/T進(jìn)行擬合解析：

由式(12)、(13)可知：

因此，可知常數(shù)B為：

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)lnd、1/T數(shù)據(jù)代入式(15)，解得B。