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不锈钢管成形的生产方法具有节材节能和提高产品质量等优点,但在成形过程中管坯金属的变形行为非常复杂,理论分析比较困难 采用理论分析与实验研究相结合的方法,通过大量的实验研究总结出不锈钢管成形参数化的速度场,然后用能量法及主应力进行求解,前苏联学者采用此法。 采用近似理论分析方法,主要是假设变形是轴对称或是平面状态,采用主应力或上限法进行求解,对解析解再乘以系数进行修正。这种方法实质上只能近似求解出远离过渡区域的主管、支管以及对称面上金属的变形,日本及中国学者常采用此法。 数值模拟仿真计算,主要采用有限元法,美国及韩国学者常采用此法。 这三种方法各有优缺点,适合不同的场合。 一般地,在工艺设计、定性讨论成形规律及计算成形力的时候采用前两种方法,而要深入地定量研究成形规律、揭示应力应变的分布以及优化工艺和模具结构时,就需要进行有限元模拟。有限元法是数值分析方法中应用为广泛并且 有生命力的一种方法。近20年来,人们在有限元的理论、单元类型、材料本构关系、接触模型以及算法上进行了大量的研究,使它在金属成形分析中的应用范围不断扩大,从20世纪70年代到80年代中后期主要还是只能解决平面问题和轴对称问题,到了90年代已经能够解决较为复杂的三维问题,目前正在不断提高计算效率和精度,开始向实用化方向发展。 有限元法的基本原理是将欲求解未知场变量的不锈钢管连续介质划分有限个单元,单元用节点连接,每个单元内的场变量通过插值函数有节点值确定,单元之间的作用力由节点传递,根据虚功原理或者能量泛函的变分原理尽量单元的运动方程或刚度方程,然后对各单元进行集成而形成问题的整体运动方程或整体刚度程, 进行数值求解得到基本知量(一般是位移)的节点值,进而求得其他场变量的值。
氮以合金元素形式加入到316L不锈钢管中时能够产生晶界强化。是因为氮会降低钢中原子的堆垛层错能,使钢中位错滑移平面化,能有效地阻止位错攀移出滑移面,增大了晶界对位错的阻碍作用。 氮对316L不锈钢管晶界强化效应随着氮含量的增加而增加,且温度越低强化效应越明显。钢的力学性能与其热力学稳定性有较大关系。氮加入到316L不锈钢管中时可以提高钢的热力学稳定性,进而改善钢的力学性能。这与氮改变316L不锈钢管的沉淀析出行为有关,316L不锈钢管在高温时效时会有碳化物、金属间相及其他化合物的析出。而钢中加入氮元素后,氮在碳化物中的不溶性导致了氮可以推迟钢中碳化物的形核,进而使其沉淀析出时间增长。另外,氮还可以使碳化物中的析出相与基体失配,界面能减小,继而达到细化析出相的目的。氮可以抑制金属间相形成是与氮可以提高钢中铬和钼的溶解度有关。 氮可以使316L不锈钢管的耐磨性能提高。这是因为氮在钢中含量过高时会有氮化物析出,但这种析出会使钢的塑性和耐腐蚀性能降低。现在人们利用离子表面注入改性技术得到的表面高氮层,可以在不损害塑性和抗腐蚀性能的前提下,提高其耐磨性能。这可能是由于注入的氮原子缀饰位错或进入固熔体产生固熔强化,提高了钢的耐磨性能。
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