[发明专利]基于数值模拟的复合板界面结合强度的工艺参数控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合板的轧制工艺，尤其是涉及一种基于数值模拟的复合板面结合强度的工艺参数控制方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

不锈钢复合板是将基材碳钢Q345与复层不锈钢316L或310S在高温高压下冶金结合一起，使其成为具有特殊复合特性的整体新材料，属于双金属复合板。不锈钢复合板兼具覆层不锈钢的耐腐蚀性和基体碳钢的结构强度与刚度，在使用性能上能够相互取长补短。

轧制法是最早用于生产复合板的方法之一，也是目前生产复合钢板和其它复合金属板的普遍和常用的方法。根据轧制温度的差异，可以分为热轧复合和冷轧复合。

热轧复合是将复材和基材组合焊接并通过高温轧制过程实现复材与基材的牢固冶金结合的生产工艺。

为了保证复合板有足够的界面结合强度，通常需要有较大的下压量，导致轧制力的增加，从而增加了轧机设备的负担。然而通过调整工艺参数可以在保证界面结合强度的前提下有效减小轧制力，有利于减小设备的负担。

发明内容

本发明的目的通过优化轧制过程中的工艺参数，使轧制设备在最小的负担下保证界面的结合强度，实现对复合板的轧制。减少通过试制确定工艺参数所造成的能源消耗，提高工作效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于数值模拟的复合板界面结合强度的工艺参数控制方法，所述工艺参数控制方法方法对复合板轧制过程建模并进行有限元分析，综合分析轧制过程中的各个工艺参数得到优选结果，减少了通过试制确定工艺参数所造成的能源消耗。

进一步的，所述方法具体步骤如下：

步骤1）获取复合板板层的物性参数；

步骤2）建立复合板和轧辊的几何模型；

步骤3）将步骤1）中复合板板层的物性参数导入步骤2）的几何模型中；

步骤4）设定分析步中的场输出变量，用以确定复合板板层结合的条件；

步骤5）把影响结合的工艺参数设定为边界条件和载荷，计算分析后得到优选结果。

进一步的，所述步骤1）具体为：获取900~1300℃温度范围内低碳钢Q345与不锈钢L316的塑性参数；获取100~1150℃温度范围内低碳钢Q345与不锈钢L316的塑性参数膨胀系数；获取25~1500℃温度范围内低碳钢Q345与不锈钢L316的传导率和比热。

进一步的，所述步骤2）具体为：建模复合板为可变形体，轧辊为解析刚体，根据模型的对称性采用1/8模型进行计算，施加的相互作用为：表面热交换条件、表面辐射、轧辊与复合板表面接触；对复合板组柸模型进行分区，分区采用C3D8RT单元进行网格划分进，界面处网格密度较大。

进一步的，所述步骤4）具体为：当板层接触界面上法向正应力与复层不锈钢材料变形抗力之比大于1时界面发生粘合。

进一步的，所述步骤5）具体为：向步骤3）的模型中带入轧制过程初始的工艺参数，求出法向正应力与复层不锈钢材料变形抗力之比，满足步骤4）条件则得出优选结果，否则对工艺参数进行调整重新带入。

进一步的，所述工艺参数包括：轧制力参数、轧制温度参数、压下量参数、轧制道数参数、轧制速度参数和轧辊直径参数中的一项或多项。

本发明方法通过计算机数值模拟，充分发挥了计算机数值模拟在仿真预测方面的优势，以实现复合板轧制过程中界面结合强度工艺参数的优化，减少了通过试制确定工艺参数所造成的能源消耗，提高了工作效率。

附图说明

图1a复合板轧制前的组柸模型；

图1b复合板轧制后的模型；

图2a不同轧制温度下界面法向正应力与材料流变应力；

图2b不同轧制温度下界面复合的临界单道次压下量；

图3a不同单道次压下量下界面法向正应力与材料流变应力比值；

图3b单道次压下量与完成复合所需道次数量关系曲线；

图4不同轧制速度下界面法向正应力与材料流变应力及其比值；

图5不同轧辊直径下界面法向正应力与材料流变应力；

图6不同压下率下轧制复合板表面随时间变化曲线；