鉻銅熱變形流動(dòng)應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)研究

1、鉻銅熱變形流動(dòng)應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容摘要:摘要：采用恒變形率凸輪壓縮試驗(yàn)機(jī)對(duì)鉻銅的流動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了變形溫度、變形速率、變形程度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響，同時(shí)對(duì)不同的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性回歸，通過分析比較，提出了擬合精度高的流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型。關(guān)鍵詞：鉻銅 流動(dòng)應(yīng)力 數(shù)學(xué)模型 凸輪試驗(yàn)機(jī)1 前言目前，我國(guó)全面系統(tǒng)地研究高溫高速下有色金屬鉻銅的流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型較少，而國(guó)外提供的流動(dòng)應(yīng)力曲線和數(shù)據(jù)（雜志、書）也很少，而且基本上不符合我國(guó)銅品種生產(chǎn)的需要。本文對(duì)鉻銅的流動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了適合熱軋銅生產(chǎn)用的擬合精度高的計(jì)算機(jī)控制用的鉻銅流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型。2 熱變形實(shí)驗(yàn)研究方法2.1 設(shè)備及

2、實(shí)驗(yàn)方法采用北京科技大學(xué)設(shè)計(jì)制造的凸輪式高速形變?cè)囼?yàn)機(jī)，以等變形速率壓縮兩端面上帶凹槽并在凹槽內(nèi)充滿不同軟化點(diǎn)的潤(rùn)滑劑的圓柱形試件1，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)兩個(gè)試樣。摘要：采用恒變形率凸輪壓縮試驗(yàn)機(jī)對(duì)鉻銅的流動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了變形溫度、變形速率、變形程度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響，同時(shí)對(duì)不同的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性回歸，通過分析比較，提出了擬合精度高的流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型。 關(guān)鍵詞：鉻銅 流動(dòng)應(yīng)力 數(shù)學(xué)模型 凸輪試驗(yàn)機(jī) 1 前言 目前，我國(guó)全面系統(tǒng)地研究高溫高速下有色金屬鉻銅的流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型較少，而國(guó)外提供的流動(dòng)應(yīng)力曲線和數(shù)據(jù)（雜志、書）也很少，而且基本上不符合我國(guó)銅品種生產(chǎn)的需要。本文對(duì)鉻銅的流動(dòng)

3、應(yīng)力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了適合熱軋銅生產(chǎn)用的擬合精度高的計(jì)算機(jī)控制用的鉻銅流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型；同時(shí)也對(duì)我國(guó)的有色企業(yè)生產(chǎn)提供了一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。 2 熱變形實(shí)驗(yàn)研究方法 2.1 設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法 采用北京科技大學(xué)設(shè)計(jì)制造的凸輪式高速形變?cè)囼?yàn)機(jī)，以等變形速率壓縮兩端面上帶凹槽并在凹槽內(nèi)充滿不同軟化點(diǎn)的潤(rùn)滑劑的圓柱形試件1，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)兩個(gè)試樣。其試驗(yàn)范圍為變形溫度t=550800，變形速率=565/s，變形程度=lnh/h=0-0.6931。試件尺寸見圖1，鉻銅化學(xué)成分為cu=99%99.5%，cr=0.5%1%。 為了保證壓縮時(shí)使試件接近單向應(yīng)力狀態(tài)，必須使壓縮表面具有良好潤(rùn)滑條件，為此采

4、用了玻璃粉、高溫潤(rùn)滑脂做潤(rùn)滑劑。由于各種化學(xué)成分的玻璃粉的軟化點(diǎn)不同，在不同的試驗(yàn)溫度時(shí)，同一玻璃粉具有不同的潤(rùn)滑效果。所以在不同的試驗(yàn)溫度下，應(yīng)采用不同化學(xué)成分的玻璃粉潤(rùn)滑劑，對(duì)于同一潤(rùn)滑劑，在相同的試驗(yàn)條件下，對(duì)于不同的材質(zhì)如鋼和銅，其潤(rùn)滑效果也不相同。本文通過大量實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)不同形變溫度采用不同潤(rùn)滑劑，400500采用高溫潤(rùn)滑脂，500700采用本溪硅酸鹽研究所提供的低溫玻璃粉bd2潤(rùn)滑劑，750800采用航天部六一二所提供的防護(hù)玻璃粉潤(rùn)滑劑。試驗(yàn)表明，由于采用上述不同潤(rùn)滑劑作為端面潤(rùn)滑，壓縮過程中未發(fā)現(xiàn)試件有鼓形，可以認(rèn)為接近于單向應(yīng)力狀態(tài)。 2.2微機(jī)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用日本

5、kikusui公司生產(chǎn)的dss6521雙通道存貯示波器，通過6522并行接口與ibmpc286微機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)波形的采集2。 凸輪形變?cè)囼?yàn)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為400r/min，波形持續(xù)時(shí)間為8130ms，為了保證在如此短的時(shí)間內(nèi)采到正確的波形，在試驗(yàn)機(jī)上安裝有非接觸的觸發(fā)裝置。本文數(shù)據(jù)處理程序采用c語言編制。 3 熱變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析 3.1變形溫度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響分析 通過實(shí)驗(yàn)得知，在變形速率、變形程度一定的條件下，隨著變形溫度的升高，流動(dòng)應(yīng)力下降。鉻銅在熱加工過程中，易發(fā)生軟化，隨著溫度的增高，消除硬化所需的均熱時(shí)間下降，軟化速度隨著溫度的提高而增大，溫度越高變形速率越低，軟化過程的效果越大

6、。從圖2中可以看到，流動(dòng)應(yīng)力與變形溫度在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)下成線性關(guān)系。 3.2變形速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響分析 實(shí)驗(yàn)表明，變形速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力影響與變形溫度有關(guān)。由圖3可以看出，變形速率與流動(dòng)應(yīng)力在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的變化成線性關(guān)系，變形溫度越高，直線斜率越大；變形溫度越低，直線斜率越小。這表明在變形溫度較高時(shí)，變形速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力影響大，變形溫度低時(shí)，變形速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力影響小。 3.3變形程度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響關(guān)系 從圖4鉻銅的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，在變形溫度550800范圍內(nèi)，流動(dòng)應(yīng)力隨變形程度的增加而增大，但增大到最大值后隨變形程度的繼續(xù)增加而出現(xiàn)減小趨勢(shì)。在變形溫度低時(shí)，變形很小就出現(xiàn)最大值。 4 數(shù)學(xué)模型的

7、建立及回歸分析 4.1數(shù)學(xué)模型的建立 由圖2可以看出，流動(dòng)應(yīng)力與變形溫度在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)下成線性關(guān)系，故建立函數(shù)式 流動(dòng)應(yīng)力與變形速率在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下成線性關(guān)系，見圖3所示。由于不同變形溫度下，直線的斜率不同，所以變形速率對(duì)塑性流動(dòng)應(yīng)力的影響項(xiàng)中，包含著變形溫度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響。根據(jù)這一規(guī)律，建立函數(shù)式 流動(dòng)應(yīng)力與變形程度的關(guān)系（見圖4所示）。從圖中可以看出，變形程度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力影響關(guān)系中，隨著溫度的變化，影響規(guī)律也在變化，所以我們?cè)谧冃纬潭鹊挠绊戫?xiàng)中，還考慮了變形溫度對(duì)變形程度的影響，即=t+bect。為了更好地研究變形程度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響，本文共分析了以下四種形式： 以上各式中b c d是不同常數(shù)

8、，與變形溫度有關(guān)，是塑性流動(dòng)應(yīng)力。 式（4）是根據(jù)最大值函數(shù)方程3進(jìn)行變換后所得；式（5）是冪函數(shù)方程；式（3）是在式（4）的基礎(chǔ)上，考慮了變形溫度對(duì)變形程度的影響；式（6）是考慮了變形程度0.3對(duì)應(yīng)的流動(dòng)應(yīng)力作為基準(zhǔn)應(yīng)力（變形程度影響系數(shù)為1）進(jìn)行計(jì)算的。 根據(jù)變形溫度、變形速率、變形程度，對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響規(guī)律，綜合考慮它們之間的影響關(guān)系，最后取下面模型函數(shù)式進(jìn)行回歸計(jì)算 式中 塑性流動(dòng)應(yīng)力（mpa） 變形速率（/s） 變形程度（對(duì)數(shù)應(yīng)變） t變形溫度（） t=（t+273）/1000 uo,ui-u6回歸系數(shù) 4.2回歸程序編制 對(duì)于a、b、c模型結(jié)構(gòu)回歸程序用c語言編制，根據(jù)最小二乘法原

9、理4，采用非線性化線性方法編制回歸程序。 對(duì)于模型d，采用非線性的帶阻尼的高斯牛頓消去法回歸程序進(jìn)行回歸處理，該程序采用fortran語言編制。 4.3 回歸結(jié)果及回歸系數(shù) 采用c語言和fortran語言編制的回歸程序?qū)︺t銅實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)上述四種數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行回歸。對(duì)各種模型進(jìn)行綜合分析，取擬合精度高，方差小，并符合流動(dòng)應(yīng)力與變形溫度、變形速率、變形程度變化規(guī)律的模型。通過分析比較，我們發(fā)現(xiàn)鉻銅在550t800溫度時(shí)，采用a模型方差最小，擬合精度最好。表1是在熱加工條件下采用a模型后的流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型公式中的回歸系數(shù)。 表1 流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型回歸系數(shù) 銅品種溫度范圍模型類型u0u1u2u3u4u5u6鉻銅550t4.4 流動(dòng)應(yīng)力曲線 根據(jù)流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型a表達(dá)式及其回歸系數(shù)，本文給出了鉻銅在不同變形溫度、不同變形速率、不同變形程度下的流動(dòng)應(yīng)力曲線（見圖58）。 5 結(jié)論 1）變形溫度550t800時(shí)，鉻銅熱塑性流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型采用文中所示a模型擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的精度和較小的方差。 2）變形速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響關(guān)系中，需考慮變形溫度對(duì)變形速率指數(shù)的影響，即 其中m=(t)。變形溫度、變形速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響有