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有关镀锌大棚管生产扩展机理的研究

作者:天津鑫鸿晟钢管有限公司 浏览: 发表时间:2019-12-23 16:23:00

        国内一些研究学者中,单德彬等采用M0rse势,运用分子动力学模拟方法研究了单晶铜弯曲裂纹萌生和扩展机理,发现晶体内部产生的空位源于应变能的不断累积,镀锌大棚管材料的裂纹萌生于空位,裂纹的缺陷促进了裂纹的萌生和扩展。郭雅芳利用分子动力学模拟方法,对裂纹扩展及相关尺寸行为进行了研究,发现在bcc铁中,I型裂纹在低温时为脆性解离扩展,并且随着温度的升高,观察到了位错的发射。王晓娟等基于分子动力学法,运用M0rse势函数,模拟了单晶铝预制初始裂纹扩展过程。结果表明,导致裂纹***出现钝化最主要的原因是裂尖处发射位错。裂尖处能量畸变,裂纹逐渐扩展。曾祥国等人使用修正嵌入原子法(MEAM)模拟分析了镁合金断裂失效和裂纹***扩展机制。结果表明:不同类型的预制裂纹(如缩孔型和锋锐型裂纹)的成长方式也存在很大的差异。郭巧能等用EAM势模拟了温度对超薄铜膜疲劳性能的影响,分析原子结构图得岀铜薄膜疲劳损伤进化过程为空位聚集→空隙形成→裂纹萌生→断裂。通过铜薄膜总能以及应力循环变化曲线,总结出了热浴条件与铜薄膜疲劳寿命的联系。孔洞演变行为的分子动力学模拟现状由于材料在制造和使用过程中不可避免会出现如孔洞、夹杂等组织缺陷,而材料内部裂纹扩展也往往伴随着孔洞一系列的演变。因此,孔洞的演变规律也成为个研究的热点。国外学者Seppala等在对Cu中两个初始半径R=22nm、间距L=122nm的AB孔洞的贯通聚结行为进行了分子动力学模拟,发现着孔洞尺寸的增长,当两孔洞壁的间距缩小至约一个孔洞半径的时候两者发生贯通,聚结成一个较大的孔洞。Eduard0MBring等通过分子动力学模拟方法研究了特殊位错环的发射和向外扩张,结果发现,在纳米晶体中孔洞形核和增长的临界应力要远远小于在单晶中晶粒边界上有效形核位置的临界应力。

        TapanGDesa等采用了分子动力学模拟方法研究了含孔洞直径为φ22nm的单晶U02.结果发现孔洞尺寸在微米级别时,表面扩散控制机制与晶格扩散控制机制相互交叉,相互混合。Audesimar等采用分子动力学模拟了单晶镍滑移分解的刃型位错和孔洞之间的相互作用,研究了孔洞的尺寸、相互分离机制和位错的动力学响应机制对材料强度的干扰国内一些研究学者中,赵艳红等利用分子动力学法,对含孔洞的金属铜进行拉伸模拟,发现随着拉伸应力的增加,模型经历弹性均匀拉伸→局部面心立方(f)到密排六方(hcp)的相变及缺陷的产生→缺陷积累产生微裂纹或空洞→材料断裂的过程。陈军等利用分子动力学法和有限元法相结合的多尺度方法,对含孔洞金属材料在冲击加载条件下的动力学行为进行了研究,发现在孔洞坍塌过程中形成局部热点的主要原因是过程中出现的微啧射原子的压缩,局部绝热剪切带的形成与孔洞坍塌产生的位错和局部热点有关。张宁等利用分子动力学法,对在单向拉伸载荷作用下含孔洞双晶铜的力学行为进行了研究,同时也探讨了晶粒内部孔洞和晶界孔洞对晶体力学行为的影响陈明等通过分子动力学法,分别对无孔洞和有孔洞的纳米单晶铜杆运用EAM势函数研究了其拉伸特性。结果发现:沿拉伸方向,孔洞的中间位置应力集中程度***,在孔洞的两端应力集中程度***。在铝双辊铸轧过程中,材料凝固和成形微观组织取决于铸轧工艺参数的控制,而微观组织的不同又对其使用性能产生很大影响,过去的组织优化研究是对不同条件下制备的试样进行金相实验,这样不仅要浪费大量的人力、物力、财力,而且有一定的盲目性。

        而微观组织的数值模拟在这方面有很大的优势,利用计算机在晶粒尺度上模拟铝带微观组织的形成过程,做小量的实验就可以预测铝带的微观组织并推断其力学性能,工艺参数与组织的定量关系,为镀锌大棚管的工艺控制及改善微观组织提供了可靠的依据。随着计算技术的不断发展,各种模拟方法也纷纷出现。主要的模拟方法有确定性方法、随机性方法及相场方法。确定性模型可以把凝固过程中的质量守恒方程和形核长大模型耦合起来,在考虑宏观偏析和固态传输时更接近于实际凝固过程但是它不能处理晶体生长过程中的一些随机过程,难以考虑晶体学的影响,所以无法模拟凝固时枝晶的生长过程及形貌。而随机性模型只能将能量方程与形核长大模型耦合起来,更适合于描述柱状晶的形成以及柱状晶等轴晶之间的转变。它主要有蒙特卡罗法和元胞自动机法尽管蒙特卡罗法被证明能产生同实际铸件组织相似的晶粒结构,但它缺乏物理基础。而相场方法用统一的控制方程,不必区分固液相及其界面,不必跟踪固液界面,在模拟晶粒三维生长方面有独特的优势但其计算量非常大,其数值模型求解方法的计算效率还较低。在求解复杂相场模型时,只能依托大型工作站对简单模型进行计算。综合以上各自的优缺点进行考虑,采用元胞自动机法进行铸轧过程微观组织的模拟和预测,找岀铸轧过程凝固微观组织形成和生长规律对于优化铸轧工艺参数、获得高质量的铸坯是一个既经济又切实可行的方法。


  

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