本发明专利技术提供一种轧机设计过程具有外推稳定性的材料变形抗力统一模型的构造方法，该方法以大量的热加工模拟实验数据为基础，通过非线性拟合分析，将材料的变形抗力表述为热加工参数如变形温度T、变形应变速率及变形量?的非线性函数。该模型适用于涉及结构钢、管线钢、模具钢、耐热钢等钢种的棒线材、板材、管材轧制生产线设计系统及轧制工艺设计，该模型不仅可以精确表征每种钢的变形抗力与变形参数间非线性函数关系，同时还具有很强的数据外推能力，可应用于轧制生产线中轧辊的强度设计及热加工工艺的计算机辅助设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工工程领域，特别是涉及一种用于结构钢、管线钢、模具钢、耐热钢等棒线材、板材、管材的轧制生产线设计系统的材料变形抗力统一模型的构造方法。
技术介绍
金属材料的高温变形抗力模型是热加工工艺设计(包括轧制、锻造、挤压等)的基础。随着计算机辅助设计技术的发展及应用，高温变形抗力模型成为计算机工艺设计的必要条件。由于实际生产过程中，随着热加工件几何复杂性的不同，变形过程中工件各部位的变形分布差异较大。而试验参数受设备条件的限制，所能模拟的金属流变抗力仅限于一定的工程变形量。如大多数的热模拟试验最多只能达到60%的变形量。因此，通过数学分析手段，建立统一的、高稳定性的、具有一定外推能力的材料模型是目前热加工工艺设计过程急需解决的问题。 有关金属塑性变形抗力的研究，国内外已进行了大量的工作。大致可分为四个阶段上世纪30年代，是金属塑性性变形阻力研究的萌芽阶段。此时，主要是满足工程设计的试验研究，限于当时的生产水平和实验设备，很多学者简单地以强度极限代替高温流动应力，研究高温拉伸强度与变形温度的关系并以线性图的形式供工程人员通过差值方法使用；从上世纪50年代开始，有关金属变形阻力的研究向前迈进了一大步。不少学者同时考虑了变形温度和变形速度度对变形抗力的影响，使得研究结果逐渐切合工程实际。从60年代末开始，随着电子计算机的普及，许多学者所发表的变形抗力研究成果，不是如60年代以前那样仅采用曲线图表形式，而是采用了不同结构的公式，去拟合实验数据，从而得到相应的回归系数。这种以经验公式为主体的表达式，不仅为计算变形阻力提供了方便，而且为采用电子计算机控制轧钢生产，提供了在线控制用的变形阻力数学模型。70年代以后，随着轧钢生产工艺的不断完善，考虑化学成分的影响成为金属变形抗力模型研究的热点。周继华，管克智.金属塑性变形阻力，机械工业出版社，1989;郭立平.热连轧变形抗力模型的优化改进.冶金自动化.2012，36 (2) :70-72;孙一康.带钢热连轧的模型与控制.北京冶金工业出版社，2002. Naderi M, Durrenberger L, Molinari A, BleckW. Constitutive relationships for 22MnB5 boron steel deformed isothermally athigh temperatures. Materials Science and Engineering A,478 (2008):130 - 139.Phaniraj C，Dipti Samantaray,Sumantra Mandal，Bhaduri A K. A new relationshipbetween the stress multipliers of Garofalo equation for constitutive analysisof hot deformation in modified 9Cr - IMo (P91)steel. Materials Science andEngineering A. Materials Science and Engineering A, 528 (2011) :6066 - 6071.目前，随着大型工程计算软件的成功应用，如DEFORM、MARC、Catia等，对材料的高温变形抗力模型从拟合精度及外推性能提出了更高的要求。但实际的生产及乳制生产线设计过程中，目前尚未有考虑外推稳定性的材料变形抗力模型。因此，必须在合理设计试验的基础上，从非线性数学分析的角度提高金属材料变形抗力模型的工程应用精度，尤其是提高模型的外推稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种轧机设计过程具有外推稳定性的材料变形抗力统一模型，为轧制生产线中轧辊的强度设计及热加工工艺的计算机辅助设计提供材料模型。本专利技术的技术方案是提供一种用于轧机设计过程的材料变形抗力统一模型的构造方法，该方法包括以下步骤步骤I :获取各钢种在不同热加工条件下的材料变形抗力数据；步骤2 :以步骤I)中所得到的变形抗力数据为基础，通过非线性拟合分析，将材料的变形抗力O表述为热加工参数如变形温度T、变形应变速率及变形量e的非线性变形 抗力模型；步骤3 :确定模型中各待定参数。进一步地,所述步骤I具体包括I)根据不同钢种的典型成分或实际成分，分析计算其热力学平衡条件下的赝二元相图，获得各钢种热力学平衡状态下的相变特征，包括热力学参数有初熔点、终熔点、奥氏体转变点、铁素体相变点；2)根据各钢种轧制过程的热加工环境条件及工艺条件，结合上述热力学参数，设计并进行系列热加工模拟实验，获取不同热加工条件下的材料变形抗力数据。进一步地，所述步骤2中建立的各钢种变形抗力统一模型如下式 ^I、I f 2 I2If rJf rJ、一I I / Z / Z p 4Cr = —In^ — + — +1 ^ a\Aj其中，Z= 6expK"八7..) InA = B^B7Sjh n = B4 + B5￡Be z 为.一 ，Zener-Holloman参数，Q为表观激活能，R为气体常数，a，A和n为与材料特性相关的待定参数，B1-B6为待定参数。进一步地,所述步骤3具体包括I)在应变给定条件下(e =const)分别对下面两式取自然对数，确定待定参数a / I I *■> 0￡ exp(^/RT) = Acr n Ine QjRT = Ini + 界In4 " = ^ ° I,.dlna — In c*se\p(()/RT) = A exp( /3a) ^\n s + Q / RT = \n A + fia (i =-1I..da可得a=3/n2)对公式Z= e exp (Q/RT) =A3 n取自然对数并分别在温度给定(T=const)及应变速率给定(s = const)条件下做以下变换，确定待定参数Q 「 n d\as , 3In IQ- 51nlr d(l/T) I'3)在应变给定条件下(e =const)对公式Z = e, exp((；/ RT) = A,"取自然对数，利用线性回归确定不同应变条件下的A和n :权利要求1.一种用于轧机设计过程的材料变形抗力统一模型的构造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤I:获取各钢种在不同热加工条件下的材料变形抗力数据； 步骤2 :以步骤I)中所得到的变形抗力数据为基础，通过非线性拟合分析，将材料的变形抗力O表述为热加工参数如变形温度T、变形应变速率￡^及变形量e的非线性变形抗力模型； 步骤3 :确定|吴型中各待定参数。2.根据权利要求I所述的构造方法，其特征在于，所述步骤I具体包括 .1)根据不同钢种的典型成分或实际成分，分析计算其热力学平衡条件下的赝二元相图，获得各钢种热力学平衡状态下的相变特征，包括热力学参数有初熔点、终熔点、奥氏体转变点、铁素体相变点；.2)根据各钢种轧制过程的热加工环境条件及工艺条件，结合上述热力学参数，设计并进行系列热加工模拟实验，获取不同热加工条件下的材料变形抗力数据。3.根据权利要求I所述的构造方法，其特征在于，所述步骤2中建立的各钢种变形抗力统一模型如下式4.根据权利要求3所述的构造本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于轧机设计过程的材料变形抗力统一模型的构造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：获取各钢种在不同热加工条件下的材料变形抗力数据；步骤2：以步骤1）中所得到的变形抗力数据为基础，通过非线性拟合分析，将材料的变形抗力σ表述为热加工参数如变形温度T、变形应变速率及变形量ε的非线性变形抗力模型；步骤3：确定模型中各待定参数。FDA00001855814900011.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张麦仓，董建新，姚志浩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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