Ag/Cu金属复合材料轧制变形研究及有限元模拟

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本论文选取重庆川仪金属功能材料分公司生产用AgCu4Ni0.5/Cu复合材料,进行不同变形量的精轧实验,对轧制后试样进行电子背散射衍射实验和尺寸、硬度测量,对精轧过程进行有限元理论分析和数值模拟。通过以上实验方法,研究轧制对材料中微观织构分布、晶界微取向、晶粒大小及分布、轧件尺寸、硬度等的影响,研究轧制过程中的轧件变形,为生产现场提供理论依据,以期更加系统地控制轧制过程。具体研究内容和研究成果有以下几个方面:1、本文对显式动力学有限元方程及理论进行了分析,同时分析了大变形有限元问题求解控制及注意事项。结合LS-DYNA的lsdyna970求解器,讨论了几个关系到精确求解的内容,并提出了可行的求解控制方法;这在第四章相关的有限元上机实践操作中被证明是切实有效的。2、在试验研究的基础上,应用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,采用弹塑性有限元法对Ag/Cu复合材料精轧过程进行有限元数值模拟,研究了压下量、张力对轧件与轧辊间接触力、轧件变形、应变状态等的影响。结果表明,1)、压下量增加对尾部端面变形突出量增加的影响比对头部端面的更大。2)、随轧制变形量的增加,轧件尾部的Ag层与Cu层间的塑性应变差值比头部的更明显,所占区域也有所增加;塑性应变的不均匀程度加剧。3)、在轧制力-时间曲线上,前期有突起峰值,轧制压力在中间大部分区域基本稳定,然后到后期再次出现峰值并突降(呈凹型分布)。4)、合理的压下量对轧件端面形状的控制是有利的。在44%以下的压下量时,轧制压力相对稳定,有利于对轧件形状的控制。5)、增加前、后张力都使轧件边部的横向流动减小,从而增加厚向变形,使变形均匀。6)、单独改变后张力比单独改变前张力的影响效果大,但不如前后张力同时变化时的影响效果明显。7)、在生产中,为了促进轧件均匀变形,并减小轧制力,建议在设备允许的情况下优先采用大张力轧制工艺,以利于改善和保持轧件形状。3、对模拟计算与轧制实验结果进行了轧件尺寸对比验证,确定了模拟结果的准确性。20%、33%和44%压下量的情况下,无论是轧件的总厚度还是复层厚度,模拟结果与实验结果的误差是很小的。其总厚度的相对误差不超过6.7%。各种变形量轧后厚比的值都与原始厚比十分接近,且实验与模拟的结果相对误差也在4%以内。因此轧后厚比对控制轧件厚度及形状,合理制定厚度比,节约复层的贵金属有重要的指导意义。同时,从轧制后轧件的显微硬度-变形量关系出发,得出与模拟中双线性硬化模型材料应力-应变关系之间很好吻合的特点。4、利用电子背散射衍射实验考察热轧复合后,最后一个道次精轧变形的不同变形量对Ag/Cu复合材料中晶粒大小及分布、微观织构分布、晶界微取向的影响。1)、轧制变形使复合材料基层和复层的晶粒细化。随着变形量的增加,最小晶粒的数量和比例增多,最大晶粒的尺寸则变小。2)、本论文精轧试样的形变织构符合铜式冷轧织构的特征,主要由C-{112}<111>、S-{123}<634>、B-{110}<112>这三种织构组分组成;随着轧制变形量的增加,冷轧织构也随之增强,C-{112}<111>组分逐渐占据主要位置。3)、在轧制后Ag层和Cu层的晶界微取向分布中,小角度晶界含量最多。这种含量分布符合轧制态试样中主要是小角度晶界的规律。
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