三辊行星轧制材料摩擦磨损行为研究

发布时间：2020-07-02 05:58

【摘要】：三辊行星轧制工艺已广泛应用于有色金属管材的加工,但是在轧辊工作中表面经常会产生裂纹、凹坑、材料粘附等缺陷,严重影响轧件质量和轧辊使用寿命,降低生产效率。因此,对三辊行星轧制中工件和模具的摩擦磨损行为进行深入研究极为重要。本文主要研究内容和结果如下:(1)结合现场实际,建立H70黄铜管坯三辊行星轧制工艺的三维热力耦合有限元模型,实现了管坯从送进到稳定轧出过程的模拟,并获得了轧制过程中轧件的等效应力、等效塑性应变、变形方式、温度场分布、轧辊受力情况及接触点相对速度等,结合以上计算结果设计环块磨损实验。(2)环块磨损实验采用GH4169高温合金和3Cr2W8V模具钢作为与H70铜合金对磨的材料,研究不同的轧辊材料和不同的环境温度条件下与轧件材料的磨损机理以及摩擦界面温度对磨损行为的影响。本文设计了利用液氮冷却的环块磨损实验,其中考虑到液氮可以改变摩擦界面的温度同时避免了水或其他介质的润滑的作用。通过分析实验中材料的温度、磨损量、磨损形貌、亚表层结构等,阐明了 GH4169高温合金和3Cr2W8V模具钢与H70铜合金对磨后的磨损机理,为实际生产中减少磨损、改进轧辊材料提供参考。(3)建立了环块磨损实验的有限元模型,通过调整环境换热系数(HTC)值,改变界面传热情况,分别计算GH4169高温合金和3Cr2W8V模具钢块体材料的磨损量和温度场。基于计算结果,本文提出利用强塑积σUTS ×UE来定性评价不同温度下GH4169高温合金和3Cr2W8V模具钢的磨损性能,探索轧辊材料的磨损量与材料高温变形行为的关系。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG331
【图文】：

示意图,行星,原理,示意图

１．２．１三辊行星轧制工作原理逡逑三辊行星轧机主要工作构件为锥形轧辊、旋转主轴、芯棒及其他传动装置，逡逑如图１．１所示。其工作过程可概括为：轧件管坯由轧机外送进，不需要导向装置，逡逑通过轧辊完成减径、减壁、表面均整等过程，达到预期尺寸后稳定送出。轧辊的逡逑＇逦几何形状和位置由数学计算确定［４］，便于轧件在加工初期被咬入，减小冲击载荷，逡逑问时对管坯的径向产生适当的压力，使坯料发生径向的收缩变形。轧制过程中，逡逑１逡逑

磨损机理图,粘着磨损,腐蚀磨损,疲劳磨损

的现象［１４］。硬质颗粒主要来自粉尘、材料夹杂物等，因此普遍存在于工业生产中。逡逑界面接触区内，硬质颗粒的反复切削或刮擦，可在材料表面产生相应的划痕及磨逡逑屑，如图１．２所示。磨粒磨损起源于硬质颗粒的机械作用，与硬质颗粒的相对硬逡逑度、大小、载荷、磨损材料等因素有关『１５１。逡逑微观角度观察，材料表面存在着微凸体，在一定载荷、一定相对速度下，微逡逑凸体会发生变形（弹性变形和塑性变形），变形热会使界面温度上升，有时可能逡逑引起材料表面局部熔化和接触点粘着，载荷和相对速度持续作用使界面粘着、剪逡逑切，发生材料损失或转移的过程称为粘着磨损［１６］。材料微凸体接触结构复杂，且逡逑摩擦过程温度影响较大，导致材料力学性能发生变化，微凸体很容易焊合，粘着逡逑磨损发生突然，往往伴随着破坏性失效行为，因此研宄粘着磨损对防止生产事故逡逑十分重要。１９６１年，Ａｒｃｈａｒｄ提出了经典粘着磨损模型，他认为材料的磨损体积逡逑与界面相对滑动距离、所受的法向载荷成正比

【参考文献】