焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              2018-08-30 14:44:00
              陸啟蒙
              原創(chuàng)
              9768

                隨著我國造船、橋梁、壓力容器、輸送管道、建筑等制造工業(yè)和焊接自動化技術的迅猛發(fā)展,對焊接結構件的需求量呈逐年快速上升,同時對焊接結構件的性能要求越來越高,由此對焊接用鋼的化學成分、組織狀態(tài)等也提出了更高的要求。為了更有效控制焊接用鋼的組織和性能,有必要研究其熱變形的行為,以便為焊接用鋼在熱軋過程中通過合理的熱軋工藝制度而提高強度、提高塑性、改善拉拔性能 [1]。焊接用鋼BH08G是目前寶鋼高線生產的焊接用鋼的主要產品之一, 目前BH08G鋼的研究主要在熱處理工藝或組織性能的研究,而該鋼在高溫變形的動態(tài)再結晶行為及其動力學參數(shù)研究工作目前還未見系統(tǒng)的報道。為此本文研究BH08G鋼在不同形變條件下的熱變形行為及其動態(tài)再結晶過程的各種動力學參數(shù),能為數(shù)值模擬提供依據(jù),同時可以提供合理的熱塑性成形工藝,改進材料的微觀結構,提高產品力學性能。

                1、BH08G鋼熱變形行為實驗研究方法

                熱壓縮試驗試樣BH08G取自寶鋼高線的退火態(tài)線材,其化學成分(質量分數(shù))為:0.077C、0.258Si、1.59Mn、0.34Mo、0.123Ti、0.011P、0.025S 。試樣直徑為φ10 mm,長度為12 mm,在Gleeble-1500熱模擬試驗機上進行等溫壓縮變形。BH08G鋼的試驗工藝如圖1所示,應變速率 分別為 0.10 、5.0 和 10 (1/s),形變溫度T分別為 950、1000 和1050 ℃,最大相對應變?yōu)?70%.試樣以10 ℃/s的加熱速率加熱至1200℃,保溫5 min,然后以 5 ℃/s的速率降溫至形變溫度,保溫15 S 以消除試樣內部的溫度梯度,最后在變形溫度下等溫變形。所有試樣在變形結束后迅速淬火,在變形過程中,用石墨片潤滑以減小壓頭與試樣之間的摩擦作用。

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

                 2、實驗結果分析與討論

                 2.1  BH08G焊接用鋼形變溫度及應變速率對流變應力的影響

                 圖2所示為BH08G焊接用鋼在不同變形溫度T和應變速率 下的高溫應力一應變曲線。由圖可見,當應變速度 較低( =0.1  1/s )時,σε曲線均出現(xiàn)峰值 (見圖2(a)),屬動態(tài)再結晶型;而當 達到 5 (1/s) (見圖2(b))時,只在變形溫度 T >1000℃時,材料才在變形時發(fā)生動態(tài)再結晶,T 低于950℃時, σε曲線不出現(xiàn)峰值,材料在變形過程中只發(fā)生動態(tài)回復,而不發(fā)生動態(tài)再結晶; 當 升高到10(1/s)時,即使 T 升高到950℃, σ—ε 曲線亦不出現(xiàn)峰值(見圖2(c)),仍屬動態(tài)回復型.這一結果表明, 較低時,材料中的儲存能較高,從而有利于材料在熱變形過程中發(fā)生動態(tài)再結晶,且隨T的升高,峰值應力下降(見圖2),即T愈高,愈有利于動態(tài)再結晶。在生產中,通過升高T 并降低 ,可使材料迅速達到動態(tài)再結晶狀態(tài),從而有利于變形金屬的晶粒細化。一般認為,具有動態(tài)回復機制的流變應力曲線可分為兩種情況:① 當加工硬化和動態(tài)回復基本達到平衡時應力趨向恒定值;② 動態(tài)回復發(fā)生后,仍有加工硬化,σε曲線的最后階段仍呈上升趨勢.由圖2(b)、(c)可見,當T ≤ 950℃,且 >5(1/ s) 時,曲線為典型的加工硬化和動態(tài)回復基本平衡類型。

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              2.2  BH08G焊接用鋼形變激活能及峰值應力的確定

              在熱變形過程中高溫屈服應力決定于變形溫度 T 和應變速度 ,該關系可以用如下蠕變方程表示 [2-4]:

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究式中:Z 為 Zener—Hollomon參數(shù)(溫度補償?shù)膽兯俾室蜃?Q 為形變激活能,反映材料熱變形的動態(tài)再結晶難易程度T 為變形溫度(K)R 為氣體常數(shù)f(σ)為應力函數(shù)為變形速率(1/S)當變形溫度T愈低、變形速率 愈大時,Z值變大,動態(tài)再結晶開始的變形量和動態(tài)再結晶完成的變形量也變大,也就是說需要一個較大的變形量才能發(fā)生動態(tài)再結晶。分析表明 ,峰值應力 、穩(wěn)態(tài)應力和任意應變時刻對應的流變應力都符合式(1),f(σ)有兩種表示形式:

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究式中: 、 、 為常數(shù), n為應力指數(shù)。一般認為,式(2)適用于應力較高的熱變形,式(3)適用于應力較低的熱變形,兩式如應用于不合適的應力條件,則會造成較大誤差。通過對多組試驗數(shù)據(jù)的分析,對于寶鋼高線的軋制條件的熱變形工藝狀況,用式(2)計算BH08G焊接用鋼形變激活能是比較適合的。式(3)中的 一般認為是穩(wěn)態(tài)應力 ,但由于 的精度受測量精度的影響較大,故一般用峰值應力 代替 。所以Z因子與峰值應力 的關系可以表示為:

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究由BH08G焊接用鋼的高溫應力—應變曲線上采集 、 、 值,對(6)式進行線性回歸,從而確定其中的參數(shù) 、 、 。這樣可以求得BH08G焊接用鋼動態(tài)再結晶的形變激活能 ,而 , (MPa-1)。所以:

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              在本文的研究條件下,BH08G焊接用鋼的

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              2.3  BH08G焊接用鋼峰值應力 、應變 、動態(tài)再結晶臨界應變 和完成應變 與 的關系 [5-7]

              為了進一步確定變形參數(shù)與 Z 因子的關系,建立峰值應力 、應變 、動態(tài)再結晶臨界應變 與Z 因子的關系,便于軋制生產中對BH08G焊接用鋼的動態(tài)再結晶進行有效的控制。根據(jù)應變 與Z 因子的實驗關系曲線(如圖3所示)和峰值應力 與Z 因子的實驗關系曲線(如圖3所示),回歸出它們之間的關系。

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究根據(jù)動態(tài)再結晶完成應變 與Z 因子的實驗關系曲線(如圖4所示),回歸出它們之間的關系。

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究焊接用鋼的動態(tài)再結晶完成應變 與ln(Z) 因子的關系為:

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              從圖3、圖4看出,峰值應力 、應變 、動態(tài)再結晶臨界應變 和動態(tài)再結晶完成應變 與 的關系見, 與lnZ基本上是線性關系,并且隨lnZ增加而增大。隨著變形溫度的升高和變形速率的減小,Z因子值降低,動態(tài)再結晶的臨界應變量 和動態(tài)再結晶的完成應變量 也逐漸減小,即容易發(fā)生和完成動態(tài)再結晶。

              2.4  BHO08G鋼的動態(tài)再結晶狀態(tài)圖

              確定BHO08G鋼動態(tài)再結晶開始的臨界應變 、動態(tài)再結晶的完成應變量 對實際生產應用是很重要的,它們對建立BHO08G鋼動態(tài)再結晶動力學方程也有著重要的意義。根據(jù)前面的實驗回歸建立的BHO08G鋼動態(tài)再結晶開始的臨界應變 、動態(tài)再結晶的完成應變量 與Z因子的關系,可以建立BHO08G鋼動態(tài)再結晶狀態(tài)圖(如圖5所示)。

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究

              由圖5可見,隨著 Z因子的降低,發(fā)生動態(tài)再結晶的臨界應變降低。圖中還標出了不同熱變形條件下奧氏體所處的組織狀態(tài),其中,A 區(qū)為完全動態(tài)再結晶區(qū);B 區(qū)為部分動態(tài)再結晶區(qū);C區(qū)為未發(fā)生動態(tài)再結晶區(qū),即加工硬化區(qū)。動態(tài)再結晶狀態(tài)圖能衡量不同形變條件下鋼中動態(tài)再結晶進行的程度。通過應變速率和變形溫度對變形機制產生影響的分析,升高變形溫度和降低變形速率均有利于變形過程中發(fā)生動態(tài)再結晶,從而有利于變形晶粒的細化,改善材料的機械性能。

              3、結論

              焊接用鋼熱變形行為及其數(shù)學模型研究3)建立BHO08G鋼動態(tài)再結晶狀態(tài)圖,可以確定不同形變條件下鋼中動態(tài)再結晶進行的程度和奧氏體所處的組織狀態(tài)。

              (4)在寶鋼高線的實際生產中,BH08G焊接用鋼線材軋制時的粗軋變形溫度為980—1050℃,應變速率為10(1/s)以下,道次變形量不小于30%,因此BH08G焊接用鋼在上述工藝條件下可以發(fā)生和完成動態(tài)再結晶。而予精軋和精軋變形溫度為930—980℃,盡管應變速率大于10(1/s),但由于軋制道次之間的間隙時間很短,可以抑制靜態(tài)回復和再結晶,獲得較大的累積形變儲能而引發(fā)動態(tài)再結晶,從而有利于變形晶粒的細化,改善材料的機械性能。


              發(fā)表評論
              鴻栢科技的網址是?(答案:sawchina.cn)
              評論通過審核后顯示。
              聯(lián)系我們
              聯(lián)系人: 韓玉琦
              電話: 0755-26013200/26013464
              傳真: 0755-26013188
              Email: saw@sawchina.cn
              QQ: 2280915288
              微信: 18682260315
              旺旺: szhbkj
              地址: 東莞市鳳崗鎮(zhèn)東深路鳳崗段206號天安深創(chuàng)谷W2棟誠信大廈21樓
              • 在線客服
              • 關注微信
                • 業(yè)務咨詢
                • 人才招聘
                • 售后咨詢
              • 掃一掃關注微信
                鴻栢科技
                深圳市鴻栢科技實業(yè)有限公司
              移動訪問
              99久久久久国产视频,国产免费变态视频网站。,无毒中文字幕无码高清,久久九九aⅴ免费精品