TC4斜轧穿孔曼内斯曼效应机理研究
发布时间：2021-12-10 17:36
曼内斯曼效应是指在斜轧穿孔时,由于坯料在反复旋转压缩过程中在轴对称方向受到横向挤压力,导致心部由拉应力诱发形成疏松和孔腔的现象。合理利用曼内斯曼效应可减少顶头穿孔阻力,提高顶头寿命,减小管坯温升,获得理想的性能与组织。目前对曼内斯曼效应的研究大多关于碳钢连铸坯,对于TC4合金曼内斯曼效应的研究较少,本文采用试验及有限元模拟结合的方法对TC4合金锥形辊斜轧穿孔曼内斯曼效应进行研究,主要研究内容及结论如下:进行锻态TC4合金、45钢旋转横锻试验及轧卡试验,虽可观察到心部曼内斯曼效应拉应力的作用效果,但未见明显裂纹及孔腔的产生。坯料心部受两向拉应力作用,45钢沿轴向拉应力更大,TC4合金沿切向拉应力更大。建立锥形辊斜轧穿孔有限元模型,分析不同辊型及材料的曼内斯曼效应变化规律。锥形辊斜轧时的曼内斯曼效应更为强烈,管坯心部最大主应力为桶形辊的1.03倍,拉应力分布区域较大;TC4合金为45钢的1.25倍,最大主应力峰值均出现在顶前压下率约为7.5%处。探讨了送进角、直径压下率、辗轧角、轧辊转速对TC4合金曼内斯曼效应的影响。随着它们的增加,最大主应力均呈现先增加后减小的趋势。分别从变形均匀性和温...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金显微组织分类（a）网篮组织（b）魏氏组织（c）等轴组织（d）双态组织
4（a） （b）图1.2 钛合金的应用（a）大型整体钛合金构件激光直接制造技术（b）TC4合金骨架Fig.1.2 Application of Titanium alloy（a）Laser Direct Manufacturing of Large Titanium Components（b）Frame of TC41.2 TC4 合金空心坯制备方法1.2.1 挤压法挤压穿孔法实际上是一种压力穿孔方法，是以方坯、圆坯作为坯料，将其加热至加工温度，定型后在压力穿孔机上穿制成空心毛管。挤压穿孔法可以细分为正挤压法、反挤压法[16,17]。（1）正挤压法正挤压法的特点是坯料的运动方向与模具相同，坯料在上模的推动下前进，当其通过挤压杆和定径带时直径和厚度发生变化。用正挤压法加工TC4合金空心坯的优点是：工艺成熟，易于操作，灵活性大，坯料截面跨度大。正挤压法的缺点是：预制坯料的工艺繁琐；金属流动不均匀，模具磨损严重；成型后坯料表面质量较差。（2）反挤压法反挤压法是利用挤压杆将坯料置于闭式型腔内，使其发生塑性变形的加工方法。用反挤压法加工TC4合金空心坯的优点是：变形体内金属的应力状态为三向压缩，利于充分发挥金属的塑性，能够成形难变形材料。反挤压法的缺点是：金属及工、模具损耗大；对坯料润滑的要求严格
入轧辊孔型[18]，如图1.3所示。用推轧穿孔法加工TC4合金空心坯的优点是：可以用来穿制廉价的连铸方坯；毛管表面质量较好，可用于穿制塑性较低的金属。推轧穿孔法的缺点：配套设备多而复杂，因此设备投资较大；毛管壁厚不均匀现象严重；生产效率较低。图1.3 推轧穿孔示意图1-推杆；2-坯料；3-导入装置；4-顶头；5-轧辊孔型；6-顶杆；7-毛管Fig.1.3 Push piercing process1-puller;2-workpiece;3-guides;4-plug;5-roll hole type;6-mandrel;7-tube1.2.3 机械加工法机械加工法指运用某种机械设备对坯料的外形、尺寸等进行改变的方法。进行机械加工时，主要以连铸坯为原料制造无缝管产品。机械加工法加工TC4合金空心坯的优点是：加工范围广，可加工表面复杂的坯料以及柔性零件；加工后的零件表面质量较好，便于推广应用。机械加工法缺点是：成本高，生产效率低；批量加工时零件质量不稳定；劳动人员多，强度大，安全性差。1.2.4 斜轧穿孔法斜轧穿孔法指在两个倾斜布置的主动轧辊、两个固定的导板以及一个轴向定位的顶头的作用下，使实心的坯料穿制成空心的毛管[19,20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空紧固件用钛合金材料发展现状[J]. 董瑞峰,李金山,唐斌,孙智刚,寇宏超. 航空制造技术. 2018(04)
[2]钛合金发展现状及展望[J]. 李勇. 建材与装饰. 2018(02)
[3]铸锭成分对TC4钛合金相变点及锻造组织的影响[J]. 张嫦娟. 热加工工艺. 2017(21)
[4]一种新型钛合金无缝管轧制过程中应力应变有限元模拟分析[J]. 袁思波,程军,韩建业,于振涛,皇甫强,牛金龙,余森. 广东化工. 2017(08)
[5]国内外钛合金研究及应用现状[J]. 江洪,张晓丹. 新材料产业. 2017(03)
[6]斜轧穿孔过程中的缺陷控制及数值研究[J]. 赵华清. 黑龙江科技信息. 2017(05)
[7]三辊楔横轧的曼内斯曼效应[J]. 黄贤安,王海儒. 山西冶金. 2015(05)
[8]β钛合金斜轧穿孔试验及热处理[J]. 赵恒章,奚正平,郭荻子,赵彬,杨英丽,毛小南,孙军,肖林. 稀有金属材料与工程. 2015(03)
[9]TA18钛合金斜轧管坯组织与性能研究[J]. 李永林,袁红军,朱宝辉,孟鑫,任广宁,沈立华,胡晓晨. 钛工业进展. 2014(05)
[10]TC4钛合金相变温度的测定与分析[J]. 何伟,杜小平,马红征,惠晓原,孙晓峰. 理化检验(物理分册). 2014(07)
硕士论文
[1]TC4厚壁管锥形辊斜轧穿孔工艺参数优化[D]. 庄博.西安建筑科技大学 2017
[2]TC4环形件锻造与轧制工艺及组织性能研究[D]. 韩春辉.哈尔滨工业大学 2015
[3]钛合金斜轧穿孔过程高温塑性变形行为及数值模拟研究[D]. 王晓莲.燕山大学 2015
[4]大棒材连轧过程微观组织不均匀性研究[D]. 李男帅.燕山大学 2013
[5]钛合金的三辊斜轧穿孔工艺分析[D]. 朱洪志.太原科技大学 2013
[6]TC4异型材热轧工艺研究[D]. 张磊.西安建筑科技大学 2013
[7]锥形穿孔过程工艺优化及数值分析[D]. 罗伟.燕山大学 2011
[8]二辊斜轧穿孔机穿孔过程的力学分析和数值模拟[D]. 贾豹.辽宁科技大学 2008
本文编号：3533087
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金显微组织分类（a）网篮组织（b）魏氏组织（c）等轴组织（d）双态组织
4（a） （b）图1.2 钛合金的应用（a）大型整体钛合金构件激光直接制造技术（b）TC4合金骨架Fig.1.2 Application of Titanium alloy（a）Laser Direct Manufacturing of Large Titanium Components（b）Frame of TC41.2 TC4 合金空心坯制备方法1.2.1 挤压法挤压穿孔法实际上是一种压力穿孔方法，是以方坯、圆坯作为坯料，将其加热至加工温度，定型后在压力穿孔机上穿制成空心毛管。挤压穿孔法可以细分为正挤压法、反挤压法[16,17]。（1）正挤压法正挤压法的特点是坯料的运动方向与模具相同，坯料在上模的推动下前进，当其通过挤压杆和定径带时直径和厚度发生变化。用正挤压法加工TC4合金空心坯的优点是：工艺成熟，易于操作，灵活性大，坯料截面跨度大。正挤压法的缺点是：预制坯料的工艺繁琐；金属流动不均匀，模具磨损严重；成型后坯料表面质量较差。（2）反挤压法反挤压法是利用挤压杆将坯料置于闭式型腔内，使其发生塑性变形的加工方法。用反挤压法加工TC4合金空心坯的优点是：变形体内金属的应力状态为三向压缩，利于充分发挥金属的塑性，能够成形难变形材料。反挤压法的缺点是：金属及工、模具损耗大；对坯料润滑的要求严格
入轧辊孔型[18]，如图1.3所示。用推轧穿孔法加工TC4合金空心坯的优点是：可以用来穿制廉价的连铸方坯；毛管表面质量较好，可用于穿制塑性较低的金属。推轧穿孔法的缺点：配套设备多而复杂，因此设备投资较大；毛管壁厚不均匀现象严重；生产效率较低。图1.3 推轧穿孔示意图1-推杆；2-坯料；3-导入装置；4-顶头；5-轧辊孔型；6-顶杆；7-毛管Fig.1.3 Push piercing process1-puller;2-workpiece;3-guides;4-plug;5-roll hole type;6-mandrel;7-tube1.2.3 机械加工法机械加工法指运用某种机械设备对坯料的外形、尺寸等进行改变的方法。进行机械加工时，主要以连铸坯为原料制造无缝管产品。机械加工法加工TC4合金空心坯的优点是：加工范围广，可加工表面复杂的坯料以及柔性零件；加工后的零件表面质量较好，便于推广应用。机械加工法缺点是：成本高，生产效率低；批量加工时零件质量不稳定；劳动人员多，强度大，安全性差。1.2.4 斜轧穿孔法斜轧穿孔法指在两个倾斜布置的主动轧辊、两个固定的导板以及一个轴向定位的顶头的作用下，使实心的坯料穿制成空心的毛管[19,20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空紧固件用钛合金材料发展现状[J]. 董瑞峰,李金山,唐斌,孙智刚,寇宏超. 航空制造技术. 2018(04)
[2]钛合金发展现状及展望[J]. 李勇. 建材与装饰. 2018(02)
[3]铸锭成分对TC4钛合金相变点及锻造组织的影响[J]. 张嫦娟. 热加工工艺. 2017(21)
[4]一种新型钛合金无缝管轧制过程中应力应变有限元模拟分析[J]. 袁思波,程军,韩建业,于振涛,皇甫强,牛金龙,余森. 广东化工. 2017(08)
[5]国内外钛合金研究及应用现状[J]. 江洪,张晓丹. 新材料产业. 2017(03)
[6]斜轧穿孔过程中的缺陷控制及数值研究[J]. 赵华清. 黑龙江科技信息. 2017(05)
[7]三辊楔横轧的曼内斯曼效应[J]. 黄贤安,王海儒. 山西冶金. 2015(05)
[8]β钛合金斜轧穿孔试验及热处理[J]. 赵恒章,奚正平,郭荻子,赵彬,杨英丽,毛小南,孙军,肖林. 稀有金属材料与工程. 2015(03)
[9]TA18钛合金斜轧管坯组织与性能研究[J]. 李永林,袁红军,朱宝辉,孟鑫,任广宁,沈立华,胡晓晨. 钛工业进展. 2014(05)
[10]TC4钛合金相变温度的测定与分析[J]. 何伟,杜小平,马红征,惠晓原,孙晓峰. 理化检验(物理分册). 2014(07)
硕士论文
[1]TC4厚壁管锥形辊斜轧穿孔工艺参数优化[D]. 庄博.西安建筑科技大学 2017
[2]TC4环形件锻造与轧制工艺及组织性能研究[D]. 韩春辉.哈尔滨工业大学 2015
[3]钛合金斜轧穿孔过程高温塑性变形行为及数值模拟研究[D]. 王晓莲.燕山大学 2015
[4]大棒材连轧过程微观组织不均匀性研究[D]. 李男帅.燕山大学 2013
[5]钛合金的三辊斜轧穿孔工艺分析[D]. 朱洪志.太原科技大学 2013
[6]TC4异型材热轧工艺研究[D]. 张磊.西安建筑科技大学 2013
[7]锥形穿孔过程工艺优化及数值分析[D]. 罗伟.燕山大学 2011
[8]二辊斜轧穿孔机穿孔过程的力学分析和数值模拟[D]. 贾豹.辽宁科技大学 2008
本文编号：3533087
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