纯铜三辊行星轧制中变形升温热加工研究

发布时间：2020-05-29 15:31

【摘要】：铜管三辊行星轧制是一项成熟的管材生产工艺,具有一道次成形,变形量大,升温快、组织演变剧烈等特点。随着铜管材应用范围的扩大以及对铜管质量要求的不断提高,对铜管三辊行星轧制加工技术进行深入的理论研究则具有重要的实际意义。在塑性加工过程中,动态再结晶机制起着细化晶粒的作用,同时可使金属微观组织均匀并有助于管材获得良好的机械性能,因此,能否发生动态再结晶成为塑性加工中的关键。预测动态再结晶是否发生至少需要知道变形过程的应变和温度,而一般的三辊行星轧制有限元模拟提供的参数及数据不够全面,且有部分模拟结果缺乏实验支持。因此有必要通过建立一模型获得三辊行星轧制中应变场、温度场、应力场分布,同时结合组织演变探讨三辊行星轧制的物理本质,以期为三辊行星轧制大规模产业化的实现奠定理论基础。本文通过金相(Optical Microscopy,OM)和电子背散射衍射(Electron Back-Scattered Diffraction,EBSD)分析观察金属的宏微观组织。经三辊行星轧制后,铜样品整体晶粒沿轴向细化,组织不均匀性下降,同时减径区管材沿径向呈现出梯度分布状态;最终在集中加工区的出口处形成均匀等轴组织,平均晶粒尺寸2.1±1.2μm。同时开展了织构演变分析,发现出口处管材织构为一种近轧制织构,而加工过程中发生的再结晶弱化了该织构强度。建立了三辊行星轧制铜材加工区轧件样品的几何模型,并对速度场和边界条件进行了优化处理。其次,合理将剪切应变融入等效应变中,并给出三辊行星轧制铜管等效应变场的分布。为确保模拟分析的准确性,合理选取联系应力、应变与温度三者的本构方程。运用变形功法解析出轧件瞬时的能耗微分方程。虽然在数学上不能解出原函数,但通过对加工过程的数值计算,得到纯铜三辊行星轧制过程中,进入稳态时的温度场和应力场。本文采用理论模型模拟计算与实验数据验证两手段相互印证的方法。首先计算结果可证明纯铜组织演变和硬度分布的可靠性,而实验数据反过来也证明所建立的解析模型的合理性。同时获得的计算结果可预测并验证了纯铜在三辊行星轧制加工过程中发生的再结晶行为。通过对三辊行星轧制稳态加工过程深入的理论解析,可为再结晶模型在三辊行星轧制中的运用奠定基础,同时也为三辊行星轧制的推广运用提供了理论依据。
【图文】：

逦Ｄ0２逡逑Ｉｎｉｔｉａｌ邋ｇｒａｉｎ邋ｓｉｚｅ逡逑图１．２两种ＤＤＲＸ结晶机制示意图Ｉ＂１逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｍｉｃｒｏｓｔｉｏｉｃｔｕｒｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｍａｐ邋ｆｏｒ邋ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｔｈｅ邋ｔｗｏ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ＤＤＲＸ１１１］逡逑同时，，ＤＲＸ受到以下因素的影响［ｌ２］：逡逑１．

Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＰＳＷ逡逑工业三辊行星轧机是制备本文样品的加工设备，其结构主要包括行星转盘、三个渐逡逑锥形的轧辊、芯棒以及送料小车。如图１．４所示，三个轧辊的轴线与轧件的轴线成一定的逡逑角度分布，分为偏转角《和倾斜角尽轧辊围绕轧件的轴线按１２０°平均分布，这样有利于逡逑管坯的旋转咬入。倾斜角为轧件提供了径向的压力，使乳件发生径向的压缩变形。偏转逡逑角为轧件提供轴向向前的作用力，使轧件向前运动。轧辊通过行星转盘来定位，并且安逡逑装在大转盘上，大转盘与轧辊旋转方向相同。行星转盘的作用除了固定乳辊以外，主要逡逑是抵消工件在轧制过程中的扭转变形，并防止轧出管的扭转，防止表面的划伤，保证轧逡逑管的质量，使ＰＳＷ加工可以做连续轧制成形。三辊行星轧机的运动主要包括轧辊的自转、逡逑三个乳壀在行星转盘带动下的公转、喂料小车推动乳件的轴向运动。管还的运动特点是逡逑由入口时的旋转咬入前进至出口时由于大转盘的平衡作用，而实现出口处轧管不发生转逡逑６逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG335.7

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本文编号：2687125