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低合金鋼變形抗力的實(shí)驗(yàn)研究及其系統(tǒng)的開發(fā)
摘 要：利用Gleeble一3500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，對(duì)低合金鋼Q345B進(jìn)行了塑性變形抗力的研究。分別對(duì)變形溫度、變形程度和變形速率對(duì)變形抗力的影響進(jìn)行了分析，采用多元非線性回歸方法，建立了動(dòng)態(tài)回復(fù)型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型變形抗力的數(shù)學(xué)模型。通過模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，證明模型有較高的吻合度。以Visual C++和Open—GL為平臺(tái)，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)軟件開發(fā)，提高了數(shù)據(jù)分析的效率。
關(guān)鍵詞：Gleeble一3500;低合金鋼;變形抗力;數(shù)學(xué)模型;系統(tǒng)軟件
引 言
材料的變形抗力與宏觀熱力參數(shù)問的函數(shù)關(guān)系是表征材料加工性能的一個(gè)基本量，是聯(lián)系加工過程中材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與熱力參數(shù)的媒介，也是計(jì)算加工過程力能消耗及用數(shù)值分析方法對(duì)加工過程進(jìn)行數(shù)值模擬的基本方程。在軋制過程中，變形抗力對(duì)軋制力和金屬流動(dòng)影響很大，因此準(zhǔn)確地確定變形抗力，對(duì)于板厚板形控制，以及軋制規(guī)程優(yōu)化都具有重要的意義_1 ]。本文利用Gleeble一3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的變形抗力進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析不同變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度與變形抗力的關(guān)系，建立材料變形抗力的數(shù)學(xué)模型。以Visu—al C++Es]和OpenGLE鉑編程語言為平臺(tái)，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，使其具有清晰直觀，操作簡(jiǎn)便等性能，提高了數(shù)據(jù)分析的效率。
1、實(shí)驗(yàn)研究方法
1.1 試樣材料實(shí)驗(yàn)材料為Q345B，按照Gleeble一3500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)要求，將其加工成O10mm×15mm的圓柱試樣，在做熱模擬實(shí)驗(yàn)前，先對(duì)試件進(jìn)行必要的表面處理，要求試樣表面光潔，兩端平行且光滑，不應(yīng)有裂紋等缺陷。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法將試樣以1O℃/s的速度加熱到1200℃ ，保溫3min使奧氏體均勻化，然后以5。C/s的冷卻速度冷卻到變形溫度(分別為1100。C、1050。C、1000。C、950℃和900℃)，保溫60s以保證試件內(nèi)外溫度均勻一致，之后進(jìn)行壓縮，變形量為5O ，變形速率分別為0.01s 、0.1s一。、1S一、10s～ 。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析金屬塑性變形抗力的大小，決定于金屬內(nèi)部的化學(xué)成分，金屬的組織、加工溫度、變形速率、變形程度等。
因此，分別考慮變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度對(duì)變形抗力的影響系數(shù)，在獲得以上系數(shù)各自對(duì)變形抗力影響的基礎(chǔ)上，可以獲得其影響變形抗力的一般規(guī)律。
2.1 變形溫度對(duì)變形抗力的影響變形抗力與變形溫度的關(guān)系如圖3所示，由圖中可見：
1)隨著變形溫度的升高，變形抗力逐漸降低，這主要是由于隨著變形溫度的升高，金屬原子的熱振動(dòng)加劇，越易發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，從而減小或消除塑性變形所產(chǎn)生的加工硬化，使變形抗力降低。
2)當(dāng)變形程度一定時(shí)，變形速率越小，變形抗力越小。
3) 與丁之間，基本為指數(shù)關(guān)系。
因此，變形溫度對(duì)變形抗力的影響。
2.2 變形速率對(duì)變形抗力的影響變形速率對(duì)變形抗力有較大的影響，兩者的關(guān)系如圖4所示，由圖中可見：
1)隨著變形速率的增加，變形抗力逐漸增大。
這是由于變形速率的增加，使加工硬化率增大，從而導(dǎo)致變形抗力增大。
2)當(dāng)變形程度一定時(shí)，隨著變形溫度的增加，變形抗力逐漸減小。
2.3 變形程度對(duì)變形抗力的影響變形程度是影響變形抗力的一個(gè)重要因素。
1)當(dāng)應(yīng)變速率較大時(shí)(見圖5)，隨著變形程度的增加，變形抗力逐漸增大，但增大的速度逐漸減小，這是由于此時(shí)金屬發(fā)生了動(dòng)態(tài)回復(fù)，加工硬化的程度逐漸減小，即動(dòng)態(tài)回復(fù)型曲線。
2)當(dāng)應(yīng)變速率較小時(shí)(見圖6)，隨著變形程度的增加，變形抗力出現(xiàn)了峰值，隨后有減小的趨勢(shì)，這是由于此時(shí)金屬發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，使位錯(cuò)密度減小，從而導(dǎo)致變形抗力減小，即動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型曲線。
3)動(dòng)態(tài)回復(fù)型曲線中的盯與￡之間的關(guān)系。
2.4 變形抗力的數(shù)學(xué)模型根據(jù)上述對(duì)變形溫度、變形程度和變形速率對(duì)變形抗力的影響分析，并對(duì)金屬塑性變形抗力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行比較及分析，分別確定了動(dòng)態(tài)回復(fù)型變形抗力數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型變形抗力數(shù)學(xué)模型。
2.5 模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比及誤差分析為驗(yàn)證動(dòng)態(tài)回復(fù)型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型變形抗力數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，將實(shí)測(cè)值與模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比分析，分析結(jié)果如圖8所示，結(jié)果顯示模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值吻合程度較好。
2.6 軋制力的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的比較采用上述的變形抗力數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)了某鋼廠熱連軋機(jī)組的軋制力，表3為軋制參數(shù)。
3、變形抗力系統(tǒng)的開發(fā)
由于實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)較多，整理分析的過程較為繁雜，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，通過編制相應(yīng)系統(tǒng)軟件能夠較好地解決這一問題，因此本文以Vi—sual C++和OpenGL編程語言為開發(fā)平臺(tái)，編制了變形抗力的系統(tǒng)軟件。
軟件主要分為前處理輸入和后處理結(jié)果顯示兩個(gè)部分，可以通過選擇相應(yīng)的選項(xiàng)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和結(jié)果顯示。另外，此軟件還具有打印、保存視圖和保存數(shù)據(jù)文件等功能，操作方便，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供了強(qiáng)大的幫助，有效提高了數(shù)據(jù)分析的效率。
4、結(jié) 論
1)以熱模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別對(duì)變形溫度、變形程度和變形速率對(duì)變形抗力的影響進(jìn)行分析，總結(jié)了變化規(guī)律。
2)利用多元非線性回歸方法分別建立了動(dòng)態(tài)回復(fù)型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型變形抗力數(shù)據(jù)模型，通過與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值吻合程度較好，相對(duì)誤差控制在7 以內(nèi)。
3)通過變形抗力數(shù)學(xué)模型對(duì)軋制力進(jìn)行了預(yù)測(cè)，和實(shí)際值對(duì)比吻合良好，證明該模型可用于實(shí)際軋制過程中。
4)以Visual C++和OpenGL編程語言為開發(fā)平臺(tái)，編制了變形抗力的系統(tǒng)軟件，提高了數(shù)據(jù)分析效率。
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