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低合金鋼變形抗力的實驗研究及其系統(tǒng)的開發(fā)
摘 要：利用Gleeble一3500熱模擬實驗機，對低合金鋼Q345B進行了塑性變形抗力的研究。分別對變形溫度、變形程度和變形速率對變形抗力的影響進行了分析，采用多元非線性回歸方法，建立了動態(tài)回復(fù)型和動態(tài)再結(jié)晶型變形抗力的數(shù)學(xué)模型。通過模型的預(yù)測值與實測值進行對比，證明模型有較高的吻合度。以Visual C++和Open—GL為平臺，對其進行了系統(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基本量，是聯(lián)系加工過程中材料的動態(tài)響應(yīng)與熱力參數(shù)的媒介，也是計算加工過程力能消耗及用數(shù)值分析方法對加工過程進行數(shù)值模擬的基本方程。在軋制過程中，變形抗力對軋制力和金屬流動影響很大，因此準(zhǔn)確地確定變形抗力，對于板厚板形控制，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熱模擬試驗機對材料的變形抗力進行試驗研究。通過實測數(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，對其進行系統(tǒng)的開發(fā)，使其具有清晰直觀，操作簡便等性能，提高了數(shù)據(jù)分析的效率。
1、實驗研究方法
1.1 試樣材料實驗材料為Q345B，按照Gleeble一3500熱模擬實驗機要求，將其加工成O10mm×15mm的圓柱試樣，在做熱模擬實驗前，先對試件進行必要的表面處理，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 實驗方法將試樣以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、實驗結(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變形抗力的影響系數(shù)，在獲得以上系數(shù)各自對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，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，變形溫度對變形抗力的影響。
2.2 變形速率對變形抗力的影響變形速率對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，隨著變形溫度的增加，變形抗力逐漸減小。
2.3 變形程度對變形抗力的影響變形程度是影響變形抗力的一個重要因素。
1)當(dāng)應(yīng)變速率較大時(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，這是由于此時金屬發(fā)生了動態(tài)回復(fù)，加工硬化的程度逐漸減小，即動態(tài)回復(fù)型曲線。
2)當(dāng)應(yīng)變速率較小時(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，這是由于此時金屬發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，使位錯密度減小，從而導(dǎo)致變形抗力減小，即動態(tài)再結(jié)晶型曲線。
3)動態(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)上述對變形溫度、變形程度和變形速率對變形抗力的影響分析，并對金屬塑性變形抗力數(shù)學(xué)模型進行比較及分析，分別確定了動態(tài)回復(fù)型變形抗力數(shù)學(xué)模型和動態(tài)再結(jié)晶模型變形抗力數(shù)學(xué)模型。
2.5 模型的預(yù)測值與實驗結(jié)果對比及誤差分析為驗證動態(tài)回復(fù)型和動態(tài)再結(jié)晶型變形抗力數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，將實測值與模型預(yù)測值進行了對比分析，分析結(jié)果如圖8所示，結(jié)果顯示模型預(yù)測值和實測值吻合程度較好。
2.6 軋制力的預(yù)測值與實驗值的比較采用上述的變形抗力數(shù)學(xué)模型預(yù)測了某鋼廠熱連軋機組的軋制力，表3為軋制參數(shù)。
3、變形抗力系統(tǒng)的開發(fā)
由于實驗所獲得的數(shù)據(jù)較多，整理分析的過程較為繁雜，耗費時間較長，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，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)果顯示兩個部分，可以通過選擇相應(yīng)的選項進行相應(yīng)的計算和結(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)以熱模擬實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別對變形溫度、變形程度和變形速率對變形抗力的影響進行分析，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態(tài)回復(fù)型和動態(tài)再結(jié)晶型變形抗力數(shù)據(jù)模型，通過與實測值進行對比，結(jié)果顯示模型預(yù)測值和實測值吻合程度較好，相對誤差控制在7 以內(nèi)。
3)通過變形抗力數(shù)學(xué)模型對軋制力進行了預(yù)測，和實際值對比吻合良好，證明該模型可用于實際軋制過程中。
4)以Visual C++和OpenGL編程語言為開發(fā)平臺，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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