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低合金鋼變形抗力的實(shí)驗研究及其系統的開(kāi)發(fā)
摘 要：利用Gleeble一3500熱模擬實(shí)驗機，對低合金鋼Q345B進(jìn)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(jìn)行了分析，采用多元非線(xiàn)性回歸方法，建立了動(dòng)態(tài)回復型和動(dòng)態(tài)再結晶型變形抗力的數學(xué)模型。通過(guò)模型的預測值與實(shí)測值進(jìn)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(jìn)行了系統軟件開(kāi)發(fā)，提高了數據分析的效率。
關(guān)鍵詞：Gleeble一3500;低合金鋼;變形抗力;數學(xué)模型;系統軟件
引 言
材料的變形抗力與宏觀(guān)熱力參數問(wèn)的函數關(guān)系是表征材料加工性能的一個(gè)基本量，是聯(lián)系加工過(guò)程中材料的動(dòng)態(tài)響應與熱力參數的媒介，也是計算加工過(guò)程力能消耗及用數值分析方法對加工過(guò)程進(jìn)行數值模擬的基本方程。在軋制過(guò)程中，變形抗力對軋制力和金屬流動(dòng)影響很大，因此準確地確定變形抗力，對于板厚板形控制，以及軋制規程優(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(jìn)行試驗研究。通過(guò)實(shí)測數據分析不同變形溫度、應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學(xué)模型。以Visu—al C++Es]和OpenGLE鉑編程語(yǔ)言為平臺，對其進(jìn)行系統的開(kāi)發(fā)，使其具有清晰直觀(guān)，操作簡(jiǎn)便等性能，提高了數據分析的效率。
1、實(shí)驗研究方法
1.1 試樣材料實(shí)驗材料為Q345B，按照Gleeble一3500熱模擬實(shí)驗機要求，將其加工成O10mm×15mm的圓柱試樣，在做熱模擬實(shí)驗前，先對試件進(jìn)行必要的表面處理，要求試樣表面光潔，兩端平行且光滑，不應有裂紋等缺陷。
1.2 實(shí)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以保證試件內外溫度均勻一致，之后進(jìn)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(shí)驗結果與分析金屬塑性變形抗力的大小，決定于金屬內部的化學(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、應變速率和變形程度對變形抗力的影響系數，在獲得以上系數各自對變形抗力影響的基礎上，可以獲得其影響變形抗力的一般規律。
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(jiàn)：
1)隨著(zhù)變形溫度的升高，變形抗力逐漸降低，這主要是由于隨著(zhù)變形溫度的升高，金屬原子的熱振動(dòng)加劇，越易發(fā)生回復和再結晶，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)當變形程度一定時(shí)，變形速率越小，變形抗力越小。
3) 與丁之間，基本為指數關(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(jiàn)：
1)隨著(zhù)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，從而導致變形抗力增大。
2)當變形程度一定時(shí)，隨著(zhù)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(gè)重要因素。
1)當應變速率較大時(shí)(見(jiàn)圖5)，隨著(zhù)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(shí)金屬發(fā)生了動(dòng)態(tài)回復，加工硬化的程度逐漸減小，即動(dòng)態(tài)回復型曲線(xiàn)。
2)當應變速率較小時(shí)(見(jiàn)圖6)，隨著(zhù)變形程度的增加，變形抗力出現了峰值，隨后有減小的趨勢，這是由于此時(shí)金屬發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結晶，使位錯密度減小，從而導致變形抗力減小，即動(dòng)態(tài)再結晶型曲線(xiàn)。
3)動(dòng)態(tài)回復型曲線(xiàn)中的盯與￡之間的關(guān)系。
2.4 變形抗力的數學(xué)模型根據上述對變形溫度、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學(xué)模型進(jìn)行比較及分析，分別確定了動(dòng)態(tài)回復型變形抗力數學(xué)模型和動(dòng)態(tài)再結晶模型變形抗力數學(xué)模型。
2.5 模型的預測值與實(shí)驗結果對比及誤差分析為驗證動(dòng)態(tài)回復型和動(dòng)態(tài)再結晶型變形抗力數學(xué)模型的準確性，將實(shí)測值與模型預測值進(jìn)行了對比分析，分析結果如圖8所示，結果顯示模型預測值和實(shí)測值吻合程度較好。
2.6 軋制力的預測值與實(shí)驗值的比較采用上述的變形抗力數學(xué)模型預測了某鋼廠(chǎng)熱連軋機組的軋制力，表3為軋制參數。
3、變形抗力系統的開(kāi)發(fā)
由于實(shí)驗所獲得的數據較多，整理分析的過(guò)程較為繁雜，耗費時(shí)間較長(cháng)，通過(guò)編制相應系統軟件能夠較好地解決這一問(wèn)題，因此本文以Vi—sual C++和OpenGL編程語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)平臺，編制了變形抗力的系統軟件。
軟件主要分為前處理輸入和后處理結果顯示兩個(gè)部分，可以通過(guò)選擇相應的選項進(jìn)行相應的計算和結果顯示。另外，此軟件還具有打印、保存視圖和保存數據文件等功能，操作方便，為后續的數據分析提供了強大的幫助，有效提高了數據分析的效率。
4、結 論
1)以熱模擬實(shí)驗數據為基礎，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(jìn)行分析，總結了變化規律。
2)利用多元非線(xiàn)性回歸方法分別建立了動(dòng)態(tài)回復型和動(dòng)態(tài)再結晶型變形抗力數據模型，通過(guò)與實(shí)測值進(jìn)行對比，結果顯示模型預測值和實(shí)測值吻合程度較好，相對誤差控制在7 以?xún)取?/p>
3)通過(guò)變形抗力數學(xué)模型對軋制力進(jìn)行了預測，和實(shí)際值對比吻合良好，證明該模型可用于實(shí)際軋制過(guò)程中。
4)以Visual C++和OpenGL編程語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)平臺，編制了變形抗力的系統軟件，提高了數據分析效率。
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