低合金钢变形抗力的实验研究及其系统的开发
摘 要：利用Gleeble一3500热模拟实验机，对低合金钢Q345B进行了塑性变形抗力的研究。分别对变形温度、变形程度和变形速率对变形抗力的影响进行了分析，采用多元非线性回归方法，建立了动态回复型和动态再结晶型变形抗力的数学模型。通过模型的预测值与实测值进行对比，证明模型有较高的吻合度。以Visual C++和Open—GL为平台，对其进行了系统软件开发，提高了数据分析的效率。
关键词：Gleeble一3500;低合金钢;变形抗力;数学模型;系统软件
引 言
材料的变形抗力与宏观热力参数问的函数关系是表征材料加工性能的一个基本量，是联系加工过程中材料的动态响应与热力参数的媒介，也是计算加工过程力能消耗及用数值分析方法对加工过程进行数值模拟的基本方程。在轧制过程中，变形抗力对轧制力和金属流动影响很大，因此准确地确定变形抗力，对于板厚板形控制，以及轧制规程优化都具有重要的意义_1 ]。本文利用Gleeble一3500热模拟试验机对材料的变形抗力进行试验研究。通过实测数据分析不同变形温度、应变速率和变形程度与变形抗力的关系，建立材料变形抗力的数学模型。以Visu—al C++Es]和OpenGLE铂编程语言为平台，对其进行系统的开发，使其具有清晰直观，操作简便等性能，提高了数据分析的效率。
1、实验研究方法
1.1 试样材料实验材料为Q345B，按照Gleeble一3500热模拟实验机要求，将其加工成O10mm×15mm的圆柱试样，在做热模拟实验前，先对试件进行必要的表面处理，要求试样表面光洁，两端平行且光滑，不应有裂纹等缺陷。
1.2 实验方法将试样以1O℃/s的速度加热到1200℃ ，保温3min使奥氏体均匀化，然后以5。C/s的冷却速度冷却到变形温度(分别为1100。C、1050。C、1000。C、950℃和900℃)，保温60s以保证试件内外温度均匀一致，之后进行压缩，变形量为5O ，变形速率分别为0.01s 、0.1s一。、1S一、10s～ 。
2、实验结果与分析金属塑性变形抗力的大小，决定于金属内部的化学成分，金属的组织、加工温度、变形速率、变形程度等。
因此，分别考虑变形温度、应变速率和变形程度对变形抗力的影响系数，在获得以上系数各自对变形抗力影响的基础上，可以获得其影响变形抗力的一般规律。
2.1 变形温度对变形抗力的影响变形抗力与变形温度的关系如图3所示，由图中可见：
1)随着变形温度的升高，变形抗力逐渐降低，这主要是由于随着变形温度的.升高，金属原子的热振动加剧，越易发生回复和再结晶，从而减小或消除塑性变形所产生的加工硬化，使变形抗力降低。
2)当变形程度一定时，变形速率越小，变形抗力越小。
3) 与丁之间，基本为指数关系。
因此，变形温度对变形抗力的影响。
2.2 变形速率对变形抗力的影响变形速率对变形抗力有较大的影响，两者的关系如图4所示，由图中可见：
1)随着变形速率的增加，变形抗力逐渐增大。
这是由于变形速率的增加，使加工硬化率增大，从而导致变形抗力增大。
2)当变形程度一定时，随着变形温度的增加，变形抗力逐渐减小。
2.3 变形程度对变形抗力的影响变形程度是影响变形抗力的一个重要因素。
1)当应变速率较大时(见图5)，随着变形程度的增加，变形抗力逐渐增大，但增大的速度逐渐减小，这是由于此时金属发生了动态回复，加工硬化的程度逐渐减小，即动态回复型曲线。
2)当应变速率较小时(见图6)，随着变形程度的增加，变形抗力出现了峰值，随后有减小的趋势，这是由于此时金属发生了动态再结晶，使位错密度减小，从而导致变形抗力减小，即动态再结晶型曲线。
3)动态回复型曲线中的盯与￡之间的关系。
2.4 变形抗力的数学模型根据上述对变形温度、变形程度和变形速率对变形抗力的影响分析，并对金属塑性变形抗力数学模型进行比较及分析，分别确定了动态回复型变形抗力数学模型和动态再结晶模型变形抗力数学模型。
2.5 模型的预测值与实验结果对比及误差分析为验证动态回复型和动态再结晶型变形抗力数学模型的准确性，将实测值与模型预测值进行了对比分析，分析结果如图8所示，结果显示模型预测值和实测值吻合程度较好。
2.6 轧制力的预测值与实验值的比较采用上述的变形抗力数学模型预测了某钢厂热连轧机组的轧制力，表3为轧制参数。
3、变形抗力系统的开发
由于实验所获得的数据较多，整理分析的过程较为繁杂，耗费时间较长，通过编制相应系统软件能够较好地解决这一问题，因此本文以Vi—sual C++和OpenGL编程语言为开发平台，编制了变形抗力的系统软件。
软件主要分为前处理输入和后处理结果显示两个部分，可以通过选择相应的选项进行相应的计算和结果显示。另外，此软件还具有打印、保存视图和保存数据文件等功能，操作方便，为后续的数据分析提供了强大的帮助，有效提高了数据分析的效率。
4、结 论
1)以热模拟实验数据为基础，分别对变形温度、变形程度和变形速率对变形抗力的影响进行分析，总结了变化规律。
2)利用多元非线性回归方法分别建立了动态回复型和动态再结晶型变形抗力数据模型，通过与实测值进行对比，结果显示模型预测值和实测值吻合程度较好，相对误差控制在7 以内。
3)通过变形抗力数学模型对轧制力进行了预测，和实际值对比吻合良好，证明该模型可用于实际轧制过程中。
4)以Visual C++和OpenGL编程语言为开发平台，编制了变形抗力的系统软件，提高了数据分析效率。
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