不锈钢/低合金钢复合成形多尺度耦合模拟与实验研究

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热轧不锈钢复合板是将不锈钢复材和低合金钢基材进行叠加,在热和力的作用下产生固相结合的一种层状复合材料。其使用可以减少贵重金属的消耗,大幅度降低设备制造成本,被应用到诸多领域。不锈钢复合板的界面结合质量是评价其性能的关键指标,合理轧制参数的设定对复合板的界面结合质量有着至关重要的影响。本文以获得高品质真空热轧316L/Q345R不锈钢复合板为目的,采用数值模拟与实验研究相结合的手段,对复合板界面结合特性进行深入研究:应用物理模拟实验方法获得316L和Q345R的真实应力-应变曲线和热物性参数,利用DEFORM-3D软件建立不锈钢复合板宏观尺度和介观尺度仿真模型,设定不同的轧制参数进行复合板多尺度耦合模拟,按界面结合条件进行复合板结合状态判定,结合对基层晶粒的大小及分布状况分析,制定较为合理的热轧成形参数。利用数值模拟技术对不锈钢复合板七道次热轧过程进行仿真,得到基层、复层以及界面处的温度分布状况;分析各道次轧制残余应力变化规律,并对轧后基层和复层界面处的残余应力分布进行了研究;此外,本文对七道次轧制过程中应力-应变场分布和轧制力分布规律进行了研究。利用对称组坯技术制备不锈钢复合板真空热轧坯料,基于数值分析结果进行复合板真空热轧实验。采用金相显微镜和能谱仪观察基层、复层、界面组织形貌及界面夹杂物、氧化物成分,并进行界面元素扩散分析;用维氏硬度计测量界面附近硬度,绘制硬度变化曲线;进行剪切、弯曲、拉伸等实验,测定不锈钢复合板的基本力学性能,进而验证数值模拟结果的准确性。通过上述研究工作,采用数值模拟与实验研究相结合的手段,研究不锈钢复合板宏观、介观行为以及微观组织与性能,为不锈钢复合板制备提供参考。
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