·350· 北京科技大学学报 2003年第4期 模拟试样，将试样加热到半固态温度区，在不同 材料的低流变应力及较好流动性的特征，顺利地 温度不同变形速率下进行单道次压缩变形，获得 在大变形的状况下完成了模拟，发现其具有独特 应力应变关系曲线，建立材料数据库， 的变形特征.从图3中可以看到，由于平辊对轧 半固态轧制的有限元分析是一个高度非线 件侧边无约束，横向展宽量较大，同时由于轧辊 性问题，在考虑材料非线性、边界非线性、温度非 摩擦力的作用，使轧件头部与轧辊接触部分沿纵 线性的情况下，采用简单的几何模型是取得研究 向延伸量较大，形成螺旋形凹陷，轧辊向下的拉 进展的一个手段.为了研究半固态在轧制中的变 力作用使轧件剩余部分发生收缩变细，由此也进 化情况，采用了平辊和闭口孔型两种轧制方式. 一步表明，半固态材料具有低的流变应力和良好 在平辊中轧制，将半固态浆料简化成圆棒（图1）. 的流动性 而在孔型中轧制，在孔型和侧封工具的限制下， (a) 增量/步350 450 550 半固态浆料流动性较好，将在型孔上方形成小的 时间/s2.1542.769 3.385 熔池，因此可将半固态浆料简化成长方体（图2）， 考患到轧制的对称性，在平辊轧制中，取1/4轧件 和单个轧辊进行分析，在闭口孔型中轧制，取轧 件和双辊的一半进行分析. 有限元模拟的计算条件为：(1)轧辊直径d= 240mm,轧辊转速n=3.5rs,轧辊表面温度0=100 ℃：(2)半固态浆料初始温度a,=1400℃，浆料密度 p=7.2gcm',固相率0.8：(3)轧件与轧辊的传热系 (b) 增量/步350450 550 数，=40kW(mK),轧件与环境的传热系数= 时间s2.1542.769 3.385 0.3kW/(mK),摩擦因数μ=0.7. 图3轧件在平辊中变形过程，(a)z方向视图，)x方向 视图 图1半固态在平辊中轧制 Fig.3 Deformations of the rolling metal during flat rolling. Fig.1 Semi-solid rolling in flat rolls (a)In the z-direction,and (b)in the x-direction 2.2等效应力应变场分析 左 由于半固态材料具有低的流变应力和良好 轧辊 轧辊 的流动性，可以进行大变形量轧制，但同时易造 成横截面上应力分布不均匀.从图4、图5中可以 轧件 看到，变形区横截面上应力分布不均匀，在同一 截面上从心部到侧边部递减；而且变形区表面应 图2半固态在闭口孔型中轧制 力梯度纵向变化不一致. Fig.2 Semi-solid rolling in groove rolls 等效应力分布的不均匀造成了等效应变分 布的不均匀（如图4，图5所示）.等效应力、应变 2半固态平辊轧制有限元模拟 分布的不均匀，将影响轧件的组织分布.本模拟 所用固相率是0.8，属于高固相率.把高固相率的 2.1变形特征 半固态浆料形象地看作“吸满水的无弹性海绵”， 采用刚一粘塑性模型，成功地反映了半固态 固相颗粒相互结合形成骨架，液相充斥其间.在一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 模拟 试 样 ， 将试 样 加 热 到 半 固态 温 度 区 ， 在 不 同 温度 不 同变 形速 率 下 进行 单 道 次压 缩 变 形 ， 获得 应 力应 变 关 系 曲线 ， 建 立 材 料 数据 库 半 固态 轧 制 的有 限 元 分 析 是 一 个 高度 非 线 性 问题 ， 在考 虑 材料 非线 性 、 边 界 非 线性 、 温度 非 线性 的情况 下 ， 采用 简单 的几 何模 型 是 取 得研 究 进 展 的一 个 手 段 为 了研 究 半 固态 在 轧制 中 的变 化 情 况 ， 采 用 了平 辊 和 闭 口 孔 型 两 种 轧 制 方 式 在 平 辊 中轧制 ， 将 半 固态浆料 简化成 圆棒 图 而 在孔 型 中轧制 ， 在 孔 型 和 侧 封 工 具 的 限制 下 ， 半 固态浆料流 动 性较 好 ， 将在 型孔 上方 形 成 小 的 熔 池 ， 因此 可 将 半 固态浆料简化成 长 方 体 图 考 虑 到 轧制 的对 称 性 ， 在 平 辊 轧制 中 ， 取 轧件 和 单 个 轧辊进 行 分 析 ， 在 闭 口 孔 型 中轧制 ， 取 轧 件 和 双 辊 的一 半进 行 分 析 有 限元 模拟 的计 算 条 件 为 轧 辊 直 径 们比 ， 轧辊 转速 ， 轧辊 表 面温 度 ℃ 半 固态浆料初 始温度 ℃ ， 浆料密 度 留 ， 固相 率 轧件 与 轧 辊 的传 热 系 数又 ， 找 ， 轧件 与 环 境 的传 热 系 数兄 耐 ， 摩 擦 因数产 材料 的低 流 变 应 力及 较 好流 动 性 的特 征 ， 顺 利地 在 大 变 形 的状 况 下 完 成 了模拟 ， 发现其具 有独特 的变 形特 征 从 图 中可 以看 到 ， 由于 平 辊 对 轧 件 侧 边 无 约 束 ， 横 向展 宽量 较大 ， 同时 由于 轧 辊 摩 擦 力 的作用 ， 使 轧件 头 部 与 轧 辊接触 部 分沿 纵 向延 伸 量 较 大 ， 形 成 螺 旋 形 凹 陷 ， 轧 辊 向下 的拉 力 作 用 使 轧件 剩 余 部分 发 生 收缩变 细 ， 由此 也 进 一 步表 明 ， 半 固态 材料 具 有低 的流变应 力和 良好 的流 动 性 、卜﹃巧 ，兮饰衬肛了 尸 增量 步 曰翩燃姗嫩蒯催翻渊驯绷叼心旧 时 间 ，丫甲份 尸 口 一 一 口以 增 量 步 时 间 户 愁 沐 丈丫 、 认捆 之、 一之 二 、 ‘决、 共介了厂 篡 图 半 固 态 在 平辊 中轧 制 图 轧 件 在 平 辊 中变形 过 程 ， 方 向视 图 ， 助 方 向 视 图 · 住 山 址 ， 伪 吮 廿 口沙咨 甘 国 亘 洲仲 甘 ‘ 右 轧左辊 轧辊 竹， 作尸节 卜 苦 卜 愈· ，甲 轧件 盯」 日旧 圈 半 固 态 在 闭 口 孔 型 中轧 制 二 山 半 固 态 平 辊 轧 制有 限 元 模 拟 变形 特征 采 用 刚 一 粘 塑 性 模 型 ， 成 功 地 反 映 了 半 固态 等 效 应 力应 变场 分 析 由 于 半 固 态 材 料 具 有 低 的流 变 应 力 和 良好 的流 动 性 ， 可 以进 行 大变 形 量 轧 制 ， 但 同 时 易造 成 横截 面 上 应 力 分 布 不 均匀 从 图 、 图 中可 以 看 到 ， 变 形 区 横 截 面 上 应 力 分 布 不 均 匀 ， 在 同一 截 面 上 从 心 部 到侧 边 部 递 减 而 且 变形 区表 面应 力 梯 度 纵 向变 化 不 一 致 等 效 应 力 分 布 的不 均 匀 造 成 了等 效 应 变 分 布 的不 均 匀 如 图 ， 图 所 示 等 效应 力 、 应 变 分 布 的不 均 匀 ， 将影 响轧件 的组 织 分 布 本模拟 所 用 固相 率是 ， 属 于 高 固相 率 把 高 固相 率 的 半 固态 浆料 形 象地 看 作 “ 吸满水 的无 弹 性 海 绵 ” ， 固相 颗 粒 相 互 结 合 形 成 骨 架 ， 掖相 充 斥 其 间 在