管材成形及成形中的表面形貌研究

IMR OpenIR

	管材成形及成形中的表面形貌研究
	周小红
学位类型	博士
导师	杨柯 ; 苏国跃
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料加工工程
关键词	拉深孔型设计自仿射粗糙度
摘要	"本文研发一种制备无缝管坯的短流程新工艺，其是在室温下采用多次拉深和减薄拉深工艺，将容易得到的板料转化为管坯，打破了通过热挤压或热轧穿孔方法生产无缝管坯的传统工艺路线。新工艺增加了管坯制备的灵活性，简化了加工模具，降低了加工设备吨位的要求，可满足多品种、小批量、高质量管材生产的需求。本文对工艺中出现的技术难点和科学问题进行了深入研究。板料拉深后，圆筒件壁厚分布不均，影响后道次的拉深性能。本文采用主应力法和有限元方法对首次拉深件的壁厚分布及圆筒件的再拉深性能进行预测，预测值与实测值接近。研究了各参数对圆筒件再拉深性能的影响，表明再拉深性能随板料厚向异性R的增加呈线性增加，但随着摩擦系数μ和圆筒件壁厚比tmax/tmin的增加呈线性减小。拉深所获得的圆筒件，沿轴向各部位的变形历史不同，在组织和性能上会存在差异。本文选择TA1工业纯钛进行工艺试验，成功获得了一定长径比的圆筒件，经过合适的热处理工艺后，获得了组织和性能均匀的管坯。周期式轧管机孔型设计是管材轧制工艺中的核心问题。本文根据轧制过程中管材的变形特点，提出设计孔型深度Dx新方法。设计结果表明，工作锥截面相对变形量沿轧制长度方向逐渐减小，可以充分利用金属的塑性，而且工作锥各截面的轧制压力总体变化不大，最大压力分布在中间位置，有利于轧制变形。在对孔型宽度Bx的分析中，将轧制过程分为压扁和减壁两个阶段，并通过建立模型分析了各影响因素对宽展的影响。分析结果表明，随着孔型锥度2tanγ、送进量m、管料内径d、开口角β的增加，轧制中压扁和减壁总过程引起的宽展增加，其中当β大于30°时，宽展快速增加；而随芯棒锥度2tanα和管料壁厚t的增加，总轧制过程中引起的宽展逐渐减小，即管料壁厚越薄，宽展越大。在拉深制备管坯时，圆筒杯的内表面不与凸模接触，相当于自由表面，拉深后内表面会出现不同程度的粗化现象。本文对塑性变形引起自由表面粗化现象进行了系统的研究，以0Cr18Ni9Ti不锈钢为实验材料，经拉深变形和单向拉伸变形，分析变形模式对粗化的影响。利用分形分析方法，对表面形貌进行分析，发现在晶粒尺度内，表面形貌具有自仿射结构。拉深和拉伸两种变形方式下，Hurst指数值相近，而由于变形的各向异性，在纵向的相关长度比横向的大。两种变形方式引起的表面粗化机制有些不同：拉深时，周向收缩引起表面失稳，在晶粒尺度内表现为双分形结构；多个晶粒尺度范围内，同一变形量下，横向的粗糙度值比纵向的粗糙度值大；而单向拉伸变形下，与之相反，纵向的粗糙度值比横向的大。两种变形模式下平均粗糙度随变形量的增加呈线性增加关系。本文选择工业纯铝和工业纯钛两种具有不同晶体结构的材料，分析粗化表面形貌的方向性。在单向拉伸时，沿拉伸方向和与之垂直方向，相关长度有差别，纯钛样品的差别较小，而纯铝样品的差别较大，这与不同方向上的变形量有关。表面的三维粗糙度与变形量呈线性关系，工业纯钛的粗化速率高于工业纯铝，且面积增量与变形量也呈线性关系，可以作为度量表面质量的指标。"
其他摘要	This dissertation has focused on the development of a new short-processing technique for seamless tubes manufacture at room temperature. Deep drawing process is introduced to transfer the easy making plates to tubes, which breaks the traditional seamless tubes manufacture process by way of hot extrusion or hot rolling. The present new tube making process can simplify the processing procedure and reduce the tonnage demands of processing equipment, which meets the requirements of multi-variety, small batch and high-quality tubes production. The scientific issues in the tubes processing were studied in the dissertation.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64311
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	周小红. 管材成形及成形中的表面形貌研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.