难加工金属材料热辊温轧工艺基础研究

本项目针对难加工金属材料的变形抗力大和塑性差问题，提出了一种热辊温轧工艺方法，即轧机轧辊感应加热，轧制过程中依靠与热辊接触传热轧件温升实现温轧工艺的方法。为此改装实验室热辊温轧实验轧机，进行TiAl合金、镁合金等难加工金属材料的热辊温轧工艺试验；采用试验研究与理论计算相结合的方法，研究轧辊感应加热温度场及其对轧件温度提升的作用，进而实现对轧件温度的有效控制，以保证热辊温轧工艺的实施；观察和测试热辊温轧工艺条件下轧件的晶粒组织、内部缺陷和力学性能；提出热辊温轧过程轧件温升的组织软化理论方法，建立热辊温轧过程中轧辊和轧件的温度预报模型、组织演变模型和力学性能预测模型；积累实验数据建立热辊温轧工艺理论基础。本项目提出的热辊温轧工艺方法对于解决难加工金属材料的轧制成形这一挑战性难题，促进难加工金属材料应用领域的发展将具有重要的理论意义和实用价值。

针对难加工金属材料塑性差问题，本项目提出了一种热辊温轧工艺方法，即轧机轧辊感应加热，轧制过程中依靠与热辊接触传热轧件温升实现温轧工艺的方法。选择AZ31镁合金这一典型塑性差金属材料作为研究对象，对其热辊温轧工艺进行了实验研究，建立了难加工金属材料热辊温轧工艺技术基础。.基于实验室现有设备改装热辊温轧实验轧机，开展轧辊感应加热实验，提出了轧辊感应加热过程中辊面温度的控制方法，为开展热辊温轧工艺试验研究提供了设备保证条件。根据轧辊材料和板带材料的热物性参数，轧辊和板带材表面粗糙度、摩擦和应力状态，建立和求解了轧制过程中轧辊与板带材的接触界面传热系数。并对轧制过程轧辊和板带材进行综合传热分析，在此基础上实现了轧制过程轧辊和板带材的温度场、应力场和应变场的一体化模拟。为了保证板带材温升至合适的轧制温度范围，利用试验研究数据和轧制工艺参数，计算确定热辊温轧过程的轧辊温度制度、速度制度和压下制度，通过建立轧辊温度与感应加热电流、频率、轧制速度和变形量关系数学模型，从而建立了板带材温度与轧辊温度关系模型，实现了板带材温升至合适的温度控制。建立了热辊温轧过程板带材的晶粒组织预测模型，该模型考虑了轧辊温度、原始晶粒尺寸、轧制速度、轧制变形量、轧件原始厚度等因素的影响。.AZ31镁合金动态再结晶的晶粒组织对原始晶粒大小非常敏感，有较明显的组织遗传效应。当板材初始晶粒尺寸增大时，会导致轧后组织粗化，且晶粒尺寸分布不均匀，并使力学性能恶化。探讨了AZ31镁合金热辊温轧过程组织演变、动态再结晶机制、位错和裂纹缺陷演变、晶界滑移、孪晶形核等组织软化与塑性转变机理。AZ31镁合金变形刚开始时，传热较差，产生了大量的位错，由于非基面滑移在低温时无法开动，而在晶界处塞积。由于层错能较低，晶界处应力集中通过大量的孪生来松弛，孪晶从晶界处向晶粒中生长。孪晶界也作为障碍，使位错在其周围塞积，在孪晶内部产生二次孪晶，或者通过交叉孪晶，使孪晶内形成大量取向随机的新晶粒，即发生孪生动态再结晶。.在实验室进行了Fe-6.5%Si钢的热轧和热处理实验。测试了实验钢的晶界间距和显微硬度。分析了不同冷却条件下实验钢的B2和DO3有序相衍射峰的强度与A2衍射峰比值的影响，讨论了Fe-6.5%Si钢的脆性机制。