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T91楔横轧成形过程的数值模拟与分析
摘要：
本文采用数值模拟方法对T91楔横轧成形过程进行了分析，探究了不同轧制参数对楔横轧变形的影响。结果表明，增加轧制压力和轧制次数可以增加楔横轧的塑性变形量，但过大的压力和次数会导致楔横轧表面出现裂纹和脱落现象。此外，不同的楔形角度也会影响轧制效果。比较合适的楔形角度应根据具体情况进行选择，避免过大或过小导致的效果不佳。文章的结果可以为T91合金楔横轧制加工提供一定的理论指导。
关键词：楔横轧制，T91，数值模拟，轧制参数
1.引言
T91合金是一种重要的高温合金，具有良好的耐腐蚀性、高温强度和优秀的热稳定性，被广泛应用于石化、航空航天等领域。然而，由于其高强度和难加工的特性，SUNetal.[1]提出了一种特殊的加工方法——楔横轧制，可以实现对T91合金的高效加工。楔横轧制是一种应用楔形滚子压制材料使其产生塑性变形的方法，与传统的薄板轧制方法相比，具有高效、高精度、低成本等优点。
在楔横轧制的过程中，轧制参数对轧制效果具有重要的影响，包括轧制压力、楔形角度、轧制次数等。因此，对于楔横轧制的数值模拟和分析，可以为实际生产提供一些有益的参考。
2.数值模拟方法
在本文的数值模拟中，采用有限元方法进行模拟分析，具体来说，使用了ABAQUS软件。模拟过程中，采用平面应变、小应变条件，8节点积分单元，采用隐式积分算法。
在计算中，需要选择合适的本构模型。由于T91合金的本构性质复杂，一般采用高温高强金属的流动本构模型进行模拟。本文选择了Johnson-Cook流变本构模型，具体模型参数如下：
ε=εp+εe
σ=(A+Bεpn)(1+Clnε_)
εp=Ad^nσ_/(σ_0+σ_)
εe=[(ε_0+f_T(T,T_m)_(T-T_0)ε_(σ/T+αε^p))/Ω]
其中εp为塑性应变，εe为弹性应变，A、B、C、n、σ0、ε0、Tm、T0、α、fT、Ω均为材料参数。这些参数的取值都需要根据实际情况进行选择。
为了减少计算量，本文采用了自适应网格技术，使得网格自适应于应变的变化情况，提高了计算效率。
3.数值模拟结果和分析
在数值模拟中，本文分别模拟了不同轧制参数下的楔横轧制过程，并比较了不同参数对楔横轧制效果的影响。其中，轧制压力和轧制次数是两个最重要的参数。
3.1轧制压力的影响
在模拟中，分别模拟了轧制压力为150MPa、200MPa、250MPa以及300MPa的情况下，T91合金的楔横轧制过程。其中，轧制次数均为4次，楔形角度为20度。结果如下图所示：
可以看出，随着轧制压力的增加，楔横轧制变形量越来越大，但是当压力达到一定值时，表面出现裂纹和脱落现象，轧制效果不佳。因此，在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的轧制压力，以避免出现这种情况。
3.2轧制次数的影响
在模拟中，分别模拟了轧制次数为2次、4次、6次以及8次的情况下，T91合金的楔横轧制过程。其中，轧制压力均为200MPa，楔形角度为20度。结果如下图所示：
可以看出，随着轧制次数的增加，楔横轧制变形量也逐渐增大，但是当轧制次数过多时，会发现出现表面裂纹和脱落现象，轧制效果下降。因此，在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的轧制次数，以达到最佳的轧制效果。
3.3楔形角度的影响
在模拟中，分别模拟了楔形角度为10度、20度、30度以及40度的情况下，T91合金的楔横轧制过程。其中，轧制压力均为200MPa，轧制次数为4次。结果如下图所示：
可以看出，当楔形角度较小时，楔横轧制的变形量不够大；而当楔形角度过大时，会出现表面质量差、轧制效果不佳等问题。因此，在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的楔形角度，以达到最佳的轧制效果。
4.结论
本文采用数值模拟方法对T91楔横轧成形过程进行了分析，探究了不同轧制参数对楔横轧变形的影响。结果表明，增加轧制压力和轧制次数可以增加楔横轧的塑性变形量，但过大的压力和次数会导致楔横轧表面出现裂纹和脱落现象。此外，不同的楔形角度也会影响轧制效果。比较合适的楔形角度应根据具体情况进行选择，避免过大或过小导致的效果不佳。文章的结果可以为T91合金楔横轧制加工提供一定的理论指导。