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鋁板廠家談連續鑄軋過程數值模擬存在的主要問題

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鋁板廠家談連續鑄軋過程數值模擬存在的主要問題

發布日期:2020-03-08 作者: 點擊:


盡管鋁板廠家對雙輥連續鑄軋過程中金屬流動、傳熱和變形行為的數值模擬進行了研究,但是在基本物理模型上仍存在對一些重要科學問題缺乏有依據的定性、定量認識,主要表現在以下幾個方面:

1)、鑄坯與軋輥接觸界面的熱導問題。在以往模擬中,鑄坯與軋輥之間的傳熱考慮為第三類熱邊界條件。兩者之間的傳熱只是簡單用一平均的熱傳導系數來代替,未能考慮熱傳導系數沿接觸面的變化。雙輥連續鑄軋過程中,在熔體凝固階段,軋輥的作用相當于連鑄過程中的結晶器。鑄軋區內金屬在凝固過程中釋放的熱量絕大部分經由軋輥傳至冷卻水排出。因此,輥套與帶坯之間的接觸界面換熱系數(即界面熱導)是影響鑄軋過程能否順利實現的關鍵。由于鑄坯與軋輥之間沿接觸面的界面條件是變化的,必然造成鑄軋輥與鑄坯之間熱導沿接觸面的變化.單純用一個平均熱傳導系數來代替二者之間的接觸熱導與真實情況有較大差距,不利于研究鑄軋過程材料微結構的演變。

2)、物性參數的選擇問題。在大部分的數值模擬中,材料物性參數的選擇不依賴于溫度的變化。由于在鑄軋區內溫度分布變化很大,在軋制方面的平均溫度梯度達200℃/cm以上,因而物性參數的變化也很大,若在模擬的過程中采用常物性參數,即材料物性參數不隨溫度變化而變化,則會使模擬結果存在誤差,甚至不能反映鑄軋過程中的實際問題,因此,在模擬過程中必須考慮物性參數隨溫度的變化。

3)、材料變形本構方程的處理。連續鑄軋過程中材料在經由液態一固液共存態一固態的凝固相變過程的同時,還受到軋輥對其施加的軋制力的作用,材料的力學性能不僅與溫度相關,同時還對變形速度變化十分敏感。到目前為止,還沒有建立一個有效的本構方程來對連續鑄軋過程的變形行為加以描述。另外,對于材料在鑄軋過程中的高溫、高壓、大變形條件下能夠應用的材料的力學數據也很少.大多數學者在對連續鑄軋過程的流變行為進行研究時往往借鑒連鑄坯或熱軋研究的有關理論,由于雙輥鑄軋過程將“鑄造”與“軋制”融為非獨立的連續過程,過程中材料所表現出的力學行為也必然與連鑄或熱軋中材料的力學行為存在差異。處于不同狀態材料的變形本構方程的準確描述是精確模擬連續鑄軋過程材料流變行為的關鍵,是模擬計算的基礎,也是需要深入研究和解決的問題。

4)、連續鑄軋過程中的熱一力禍合問題。連續鑄軋過程中的溫度和變形兩種不同場變量之間存在很強的相互作用。由于鑄軋過程的復雜性以及現有的有限元分析軟件的局限性,以往大量的學者在進行鋁帶坯連續鑄軋過程的理論研究工作時往往簡化計算,對連續鑄軋過程中的溫度場和變形場分別進行研究,忽略了過程中的禍合,或間接考慮它們之間的相互作用。材料在高溫下的變形對溫度的變化十分敏感,準確分析連續鑄軋過程中的流變行為不應把溫度場的求解和變形場的分析分開來。因為除了溫度變化對材料變形和性質產生影響外,材料變形也會釋放熱量,影響溫度的變化。

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