一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法，属于异质金属复合板轧制加工过程的计算机仿真技术领域，该方法主要通过对生产钛/钢复合板的轧制过程进行研究，通过前处理模块，设定复合板轧制参数，建立了钛/钢复合板轧制过程的DEFORM有限元模型，同时通过后处理对对轧制完成之后的模拟结果分析，获取不同轧制工艺下钛/钢复合板复合界面附近的残余应力的数据，用DEFORM有限元模拟来代替实际生产过程，对钛钢复合板的残余应力进行控制。本发明专利技术可以大大的减小生产成本，具有较大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法
本专利技术涉及异质金属复合板轧制加工过程的计算机仿真
，尤其是一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法。
技术介绍
随着时代的发展和科技的进步，金属材料被人们广泛地应用于各个领域。金属材料构件服役于各种严苛复杂环境中，单一材质的金属材料越来越不能满足各种环境下人们对于材料性能的需求，金属复合板因其性价比高、综合性能好以及对各种复杂环境适应性强的优点，广泛被人们所认同，人们开始大量地使用金属复合材料。钛/钢复合板不仅具有钛优良的耐腐蚀性能并且兼有钢的强韧性以及良好的焊接性。钛/钢复合板广泛应用于化工、能源存储、海洋工程、船舶等领域。钛/钢复合板在高温轧制过程极其复杂，其中涉及到轧制温度的选择，道次及压下量的选择以及残余应变的控制等方面。轧制过程中基材和复材由于热物性差异较大，在轧制时界面两侧金属流动变形不协调，从而会导致界面附近存在一定的残余应变，它影响着钛/钢复合板的平整度以及界面结合强度。在板料后续的成型及使用中，过大的残余应变会使界面产生细微裂纹，造成了界面性能的恶化。在实际生产中，往往只能采用传统的电磁超声、电阻应变花等方法来测定轧后复合板的残余应变。但是这样不仅耗时较长、测量难度大、同时成本也高。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法，通过在计算机上模拟钛/钢复合板的轧制过程，对模拟后的结果进行求解分析，可获得轧后复合板残余应变场；根据模拟得到的残余应变的数据对轧制工艺进行优化，这对工业生产实践和提高钛/钢复合板品质具有重要指导意义。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法，该方法通过建立钛钢复合板轧制坯料、轧辊以及推板的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM前处理模块中，设定复合板轧制参数，建立钛钢复合板轧制过程的DEFORM有限元模型，通过后处理模块对轧制完成之后的模拟结果分析，获取不同轧制工艺下钛钢复合板复合界面附近的残余应变的数据，实现对实际生产的钛钢复合板残余应变的预测和控制。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述控制方法具体包括以下步骤：步骤1，建立轧制过程的物理模型：首先根据实际轧制过程，设计出轧辊、轧制坯料、推板的形状尺寸；所述轧制坯料由基板和覆板组成，需分别对基材和覆材进行尺寸设计；然后利用CAD计算机辅助设计软件建立出二维模型，并保存为DXF文件；步骤2，建立轧制过程有限元模型：将步骤1中构建的二维模型DXF文件导入DEFORM-2D中，在程序设置条件里面选择平面应变模式，轧制坯料采用四面体单元划分有限元网格，物体对象形式定义为弹塑性体，轧辊和推板均设定为刚体；轧制坯料的轧制方式采用对称轧制，基板和轧辊接触，覆板和基板接触贴合，定义覆板的底面为对称面；步骤3，设定材料参数：轧制复合坯料的基板采用普通碳素结构钢板，覆板采用钛钢板；当DEFORM的材料库中没有轧制坯料所对应的材料参数时，通过获取普通碳素结构钢板和工业纯钛TA2的化学成分，利用JMATPRO软件分别计算出基板和覆板的材料性能参数，并保存为KEY文件；将含有材料信息的KEY文件导入到DEFORM软件中，构建出轧制坯料的材料数据库，完成轧制坯料材料属性的设定；步骤4、设定物块定位和接触条件：在物块定位模块中利用偏移和干涉等命令，设定基板、覆板以及推板的位置关系，保证物块之间不发生相互干涉；设定基板、覆板、推板相互之间的接触关系；利用干涉条件设定轧制各道次压下距离，即轧辊沿着轧制坯料厚度方向的偏移距离；计算轧制总压下率；步骤5，设定初始及运动边界条件：在一般命令模块中设定轧制基板和覆板的初始热轧温度；在性质模块中设定基板和覆板的应变速率；在工具动作模块中设定轧辊的轧制速度；通过位移-时间关系来控制推板与基板、推板与覆板的相对运动；设定基板的上表面、基板与覆侧表面为热交换面，并设定热交换系数；步骤6，求解分析和后处理：经过对创建作业的求解分析后，在后处理模块中可获得钛钢复合板界面附近各个方向上的残余应变数值，通过对比不同轧制工艺的残余应变，优化出最佳轧制工艺。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述基板、覆板、推板相互之间的接触关系，是利用干涉条件设定基板和轧辊相互接触，覆板和基板接触贴合，基板和推板接触贴合，覆板和推板接触贴合；基板和轧辊、基板和覆板、基板与推板、覆板与推板之间的摩擦类型为剪切摩擦，并设定剪切摩擦系数；复合界面处需设定粘接缝合条件产生粘结点。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤3中，所述材料性能参数包括但不限于杨氏模量、热传导率、热容、泊松比、线膨胀系数。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4中，所述轧制总压下率为总偏移距离与起始基板厚度加上起始覆板厚度之和的比值。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4中，所述轧制总压下率为84%。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤5中，所述轧制温度的范围为800～900℃，所述应变速率为1s-1，轧制速度为1500mm/s。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：1、本专利技术通过在计算机上模拟钛/钢复合板的轧制过程，对模拟后的结果进行求解分析，可获得轧后复合板残余应变场；根据模拟得到的残余应变的数据对轧制工艺进行优化，这对工业生产实践和提高钛/钢复合板品质具有重要指导意义。2、本专利技术能够在工艺参数准确受控的情况下很好地模拟复合板的轧制过程，所得残余应变数据可以较好地指导实际工业生产，从而实现轧后残余应变的优化控制。3、本专利技术可用于替代实际轧制生产过程，不仅可以实现对实际生产的钛钢复合板残余应变的预测和控制，而且还可以节省大量的生产时间和成本，具有较大的实用价值。附图说明图1是本专利技术钛钢复合板物理模型示意图；图2是本专利技术中钛钢复合板模型表面特征示意图；图3是本专利技术中划分完网格后的钛钢复合板的模型示意图；图4是本专利技术中实施例1轧制模拟钛/钢复合板界面两侧残余应变变化规律图；图5是本专利技术中实施例2轧制模拟钛/钢复合板界面两侧残余应变变化规律图；图6是本专利技术中实施例3轧制模拟钛/钢复合板界面两侧残余应变变化规律图；其中，1、轧辊，2、基板，3、推板，4、覆板，5、复合界面，6、对称面。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明：本专利技术的实施例是以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方法和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下面的实施例。Deform是一套专门用于金属塑性成形有限元模拟的仿真软件，通过在计算机上模拟钛/钢复合板的轧制过程，对模拟后的结果进行求解分析，可获得轧后复合板残余应力场。根据模拟得到的残余应力的数据对轧制工艺进行优化。这对工业生产实践和提高钛/钢复合板品质具有重要指导意义。实施例1...

【技术保护点】
1.一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法，其特征在于：该方法通过建立钛钢复合板轧制坯料、轧辊（1）以及推板（3）的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM前处理模块中，设定复合板轧制参数，建立钛钢复合板轧制过程的DEFORM有限元模型，通过后处理模块对轧制完成之后的模拟结果分析，获取不同轧制工艺下钛钢复合板复合界面附近的残余应变的数据，实现对实际生产的钛钢复合板残余应变的预测和控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法，其特征在于：该方法通过建立钛钢复合板轧制坯料、轧辊（1）以及推板（3）的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM前处理模块中，设定复合板轧制参数，建立钛钢复合板轧制过程的DEFORM有限元模型，通过后处理模块对轧制完成之后的模拟结果分析，获取不同轧制工艺下钛钢复合板复合界面附近的残余应变的数据，实现对实际生产的钛钢复合板残余应变的预测和控制。


2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板轧制过程中残余应变的控制方法，其特征在于：所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1，建立轧制过程的物理模型：
首先根据实际轧制过程，设计出轧辊（1）、轧制坯料、推板（3）的形状尺寸；所述轧制坯料由基板（2）和覆板（4）组成，需分别对基材（2）和覆材（4）进行尺寸设计；然后利用CAD计算机辅助设计软件建立出二维模型，并保存为DXF文件；
步骤2，建立轧制过程有限元模型：
将步骤1中构建的二维模型DXF文件导入DEFORM-2D中，在程序设置条件里面选择平面应变模式，轧制坯料采用四面体单元划分有限元网格，物体对象形式定义为弹塑性体，轧辊（1）和推板（3）均设定为刚体；轧制坯料的轧制方式采用对称轧制，基板（2）和轧辊（1）接触，覆板（4）和基板（2）接触贴合，定义覆板（4）的底面为对称面（6）；
步骤3，设定材料参数：
轧制复合坯料的基板（2）采用普通碳素结构钢板，覆板（4）采用钛钢板；
当DEFORM的材料库中没有轧制坯料所对应的材料参数时，通过获取普通碳素结构钢板和工业纯钛TA2的化学成分，利用JMATPRO软件分别计算出基板（2）和覆板（4）的材料性能参数，并保存为KEY文件；将含有材料信息的KEY文件导入到DEFORM软件中，构建出轧制坯料的材料数据库，完成轧制坯料材料属性的设定；
步骤4、设定物块定位和接触条件：
在物块定位模块中利用偏移和干涉等命令，设定基板（2）、覆板（4）以及推板（3）的位置关系，保证物块之间不发生相互干涉；设定基板（2）、覆板（4）、推板（3）相互之间的接触关系；利用干涉条件设定轧制各道...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青峰，高云哲，杨啸雨，吴炳南，郭凯，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13