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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.11.016 第30卷第11期 北京科技大学学报 Vol.30 No.11 2008年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2008 平面应变过程中摩擦对金属流变规律的影响 潘红波唐荻胡水平王潇潇 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 摘要研究了平面应变压缩过程中摩擦对金属流变规律以及力能参数的影响·通过有限元软件MSC/Superform,采用二维 以及三维热力耦合有限元理论对不同摩擦条件下的力能参数、宽展情况以及变形金属的流动情况进行了分析：在自主研制的 大试样平面应变热模拟试验机上，利用室温下工业纯铝探讨了上下接触面摩擦不一致时金属流动的规律.结果显示：随着摩 擦的增大，变形负载将增大，宽展减小：当上下接触面间摩擦条件不同时，变形后的试样将出现“U”字型，而且随着上下接触面 之间摩擦差值的增大，其变形不均将更加严重。 关键词平面应变压缩：大试样平面应变：摩擦：宽展；不均匀变形 分类号TG335.1 Effect of friction on metallic rheology during plane strain compression PAN Hongbo.TANG Di,HU Shuiping,WANG Xiaoxico National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI The effects of friction on metallic rheology and mechanical parameters during plane strain compression were studied. Based on the 2-D and 3-D thermo-mechanical coupled finite element theory,the mechanical parameters.lateral spread and deformed metal flow pattern were calculated in different friction conditions by using MSC/Superform finite element software.The metallic de- formation law was analyzed with pure aluminium at room temperature on a self-developed large specimen plane strain thermomechani- cal simulator under different friction conditions at top and bottom interfaces.The results show that the deformation load enhances and the lateral spread lessens with increasing friction coefficient.The difference in friction coefficient at top and bottom interfaces results in U-type deformed specimens,and the inhomogeneity of deformation is more severe when the difference between top and bottom friction coefficients increases. KEY WORDS plane strain compression:large specimen plane strain:friction:lateral spread:inhomogeneous deformation 目前，模拟板带轧制变形、测量变形抗力、研究 在整个试样的横截面上变形是不均匀的，在接近试 变形过程微观组织的变化等的物理方法有单向拉 样中心部位，试样的变形为0，在试样横截面的最外 伸、扭转、轴对称压缩、平面应变压缩、实验室轧制等 面，试样变形最大，因此在整个横截面上呈现严重的 方法，对于单向拉伸，在开始时变形比较均匀，所测 变形不均匀现象，实验室轧制，与现场轧制过程比 的力与材料的变形抗力相一致；但是随着变形的进 较接近，但是由于无法控制变形工艺参数以及无法 行，一旦缩颈出现，将出现严重的应力集中，导致变 获得变形过程中的力、相变等数据，也限制了其应 形不均匀·对轴对称压缩，由于试样与模具间接触 用，由于平面应变过程与热轧过程很相似，而且总 摩擦作用，将导致试样分为三个区域：同时，总的压 变形量大，可达到90%以上（也即真应变为2.3），总 下量只能达到60%~80%（即真应变为0.9~1.6）， 变形道次可达到7道次以上；同时变形参数可控，能 变形道次为35道次，限制了变形的进一步进行. 保存实验过程中的力能、温度等参数，可以用来随后 扭转变形与模具间没有摩擦的作用，但是扭转变形 的显微力学性能分析，因此，近几十年来平面应变 收稿日期：2007-10-08修回日期：2007-12-17 基金项目：教有部211工程重点资助项目“物理模拟系统一平面应变热模拟试验机的研究” 作者简介：潘红波(1978一)，男，博士研究生，Emai:panhb718@163.com;唐获(1955一)，男，教授，博士生导师平面应变过程中摩擦对金属流变规律的影响 潘红波 唐 荻 胡水平 王潇潇 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083 摘 要 研究了平面应变压缩过程中摩擦对金属流变规律以及力能参数的影响．通过有限元软件 MSC／Superform采用二维 以及三维热力耦合有限元理论对不同摩擦条件下的力能参数、宽展情况以及变形金属的流动情况进行了分析；在自主研制的 大试样平面应变热模拟试验机上利用室温下工业纯铝探讨了上下接触面摩擦不一致时金属流动的规律．结果显示：随着摩 擦的增大变形负载将增大宽展减小；当上下接触面间摩擦条件不同时变形后的试样将出现“U”字型而且随着上下接触面 之间摩擦差值的增大其变形不均将更加严重． 关键词 平面应变压缩；大试样平面应变；摩擦；宽展；不均匀变形 分类号 TG335∙1 Effect of friction on metallic rheology during plane strain compression PA N HongboT A NG DiHU ShuipingW A NG Xiaoxiao National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT T he effects of friction on metallic rheology and mechanical parameters during plane strain compression were studied． Based on the2-D and3-D thermo-mechanical coupled finite element theorythe mechanical parameterslateral spread and deformed metal flow pattern were calculated in different friction conditions by using MSC／Superform finite element software．T he metallic deformation law was analyzed with pure aluminium at room temperature on a self-developed large specimen plane strain thermomechanical simulator under different friction conditions at top and bottom interfaces．T he results show that the deformation load enhances and the lateral spread lessens with increasing friction coefficient．T he difference in friction coefficient at top and bottom interfaces results in U-type deformed specimensand the inhomogeneity of deformation is more severe when the difference between top and bottom friction coefficients increases． KEY WORDS plane strain compression；large specimen plane strain；friction；lateral spread；inhomogeneous deformation 收稿日期：2007-10-08 修回日期：2007-12-17 基金项目：教育部211工程重点资助项目“物理模拟系统———平面应变热模拟试验机的研究” 作者简介：潘红波（1978—）男博士研究生E-mail：panhb718＠163．com；唐 荻（1955—）男教授博士生导师 目前模拟板带轧制变形、测量变形抗力、研究 变形过程微观组织的变化等的物理方法有单向拉 伸、扭转、轴对称压缩、平面应变压缩、实验室轧制等 方法．对于单向拉伸在开始时变形比较均匀所测 的力与材料的变形抗力相一致；但是随着变形的进 行一旦缩颈出现将出现严重的应力集中导致变 形不均匀．对轴对称压缩由于试样与模具间接触 摩擦作用将导致试样分为三个区域；同时总的压 下量只能达到60％～80％（即真应变为0∙9～1∙6） 变形道次为3～5道次限制了变形的进一步进行． 扭转变形与模具间没有摩擦的作用但是扭转变形 在整个试样的横截面上变形是不均匀的在接近试 样中心部位试样的变形为0在试样横截面的最外 面试样变形最大因此在整个横截面上呈现严重的 变形不均匀现象．实验室轧制与现场轧制过程比 较接近但是由于无法控制变形工艺参数以及无法 获得变形过程中的力、相变等数据也限制了其应 用．由于平面应变过程与热轧过程很相似而且总 变形量大可达到90％以上（也即真应变为2∙3）总 变形道次可达到7道次以上；同时变形参数可控能 保存实验过程中的力能、温度等参数可以用来随后 的显微力学性能分析．因此近几十年来平面应变 第30卷 第11期 2008年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．11 Nov．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．11．016