金属轧制变形理论.ppt

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1、金属轧制变形理论陈银莉北京科技大学1金属的塑性成形方法：轧制(Rolling)、锻造(Forging)、挤压(Extrusion)、拉拔(Drawing)和深冲(DeepDrawing)轧材:将金属坯料(Billet,Bloom,Slab)通过两个转动的轧辊(Roller)，受连续轧制力而压伸为长形。轧制法生产效率高，金属消耗少，加工容易，生产成本低，适合大批量生产，轧制是生产钢材最主要的方法，轧制钢材占全部钢成品的98％以上。21、轧制过程的基本概念本节应掌握的知识点：轧制变形区的概念咬入角α接触弧长度l轧制变形的

2、表示方法:压下量，宽展量，延伸量金属在变形区内的流动规律31.1轧制变形区的几何参数轧制过程－靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。轧制目的：形状（shape）尺寸（size）组织（microstructure）451.1.1轧制变形区轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分。弹性变形区塑性变形区弹性恢复区6简单理想轧制过程示意图简单理想轧制：轧辊直径相同、转速相等、轧辊为圆柱形刚体、轧件为均匀连续体,轧制时变形均匀，轧件为平板。几何变形区：轧件与轧辊接触面之间的几何区，

3、即从轧件入轧辊的垂直平面到轧件出轧辊的垂直平面所围成的区域ACBD。7简单轧制时变形区参数间的关系1）咬入角轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度。△h/2=D/2-D/2*cosα△h≈Rα2△h=D(1-cosα)892）变形区长度l轧件和轧辊接触圆弧的水平投影长度两轧辊直径相等时：103）接触面积接触面水平投影面积。简单理想轧制过程示意图11考虑轧辊和轧件弹性变形时1）咬入角△1轧辊的弹性变形△2轧件的弹性变形122）变形区长度l'弹性压扁造成的接触弧长增加量可达30－

4、100％13△1和△2的值可由弹性理论中关于两个圆柱体压缩时的计算公式来确定。考虑轧件厚度与轧辊直径相比非常小，忽略轧件弹性变形：ν1－轧辊的泊松系数E1－轧辊的弹性模量14迭代法求解时变形区长度l‘公式P为总轧制压力，未知。需要迭代求解151.1.2金属在轧制变形区内的流动规律沿轧面高向上的变形分布均匀变形理论不均匀变形理论16沿轧件断面高向上变形分布1-表面层；2-中心层；3-均匀变形A-A-入辊平面；B-B-出辊平面水平段为表面粘着区沿轧件断面高度方向上的变形分布不均匀17带钢表面粗晶区的形成和轧制状态有关：1

5、）轧制时，由于摩擦力的存在，在轧件和轧辊接触部位存在难变形区，当轧制时润滑条件不好时，容易在表面层产生粗晶区，可以通过开启机架间冷却水来改善润滑。2）沿轧件高向上变形分布是不均匀的，表面层变形小。压下量分配不合理时，使得轧件表面层变形量小，从而产生粗晶。粗晶区的存在会降低带钢的延伸率，冷弯性能变差。181-表面层金属流动速度2-中心层金属流动速度3-平均流动速度沿轧件断面高度方向上金属流动分布不均匀表面层流动速度大，中心层流动速度小4－后外端金属流动速度5－后变形过渡区金属流动速度6一后滑区金属流动速度8一前滑区金属

6、流动速度9一前变形过渡区金属流动速度10一前外端金属流动速度7一临界面金属流动速度流动速度分布均匀临界面上金属流动速度分布均匀，等于轧辊水平速度表面层流动速度小，中心层流动速度大流动速度分布均匀19“+”－拉应力；“-”－压应力；1-后外端；2-入辊处；3-临界面；4-出辊处；5-前外端沿轧件断面高度方向上金属应力分布不均匀20轧制变形区I-易变形区；II-难变形区；III-自由变形区21不均匀变形理论：1）沿轧件断面高度方向上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。2）在几何变形区内，在轧件与轧辊接触表面上，不但有

7、相对滑动，而且还有粘着，在粘着区轧件与轧辊之间无相对滑动。3）变形不但发生在几何变形区内，也产生在几何变形区以外，其变形分布都是不均匀的，轧制变形区分为变形过渡区，前滑区，后滑区和粘着区。4）在粘着区有一个临界面，在这个面上金属的流动速度分布均匀，且等于该处轧辊的水平速度。22变形不均匀性与变形区形状系数的关系变形区形状参数：>0.5～1.0时：轧件高度相对于接触弧长不太大时，压缩变形完全深入到轧件内部，中心层变形比表面层变形大<0.5～1.0时：轧件高度相对于接触弧长比较大，外端对变形过程的影响更为突出，压缩变形不

8、能深入到轧件内部，只限于表面层附近，表面层变形比中心层大。<0.5～1.0时金属流动速度与应力分布23沿轧件宽度方向上的流动规律纵向受摩擦阻力σ3横向受摩擦阻力σ2根据最小阻力定律可把轧制变形区分成4部分：两侧宽展区：金属横向流动增加宽展前后延伸区：金属纵向流动增加延伸。延伸区在两侧引起张应力σAB，削弱延伸，使得宽展区收缩242、咬入条件和轧