曲軸用非調(diào)質(zhì)鋼熱鍛過程中奧氏體晶粒演變規(guī)律的研究及模擬.pdf

1、對于非調(diào)質(zhì)鋼制鍛件來講，鍛造過程中奧氏體晶粒尺寸的控制是決定鍛件最終力學(xué)性能的關(guān)鍵之一。本文選用常用的鍛造用中碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼F38MnVS，對曲軸熱鍛過程中奧氏體晶粒尺寸的變化規(guī)律進(jìn)行了研究；在1323 K～1473K溫度范圍內(nèi)，分別建立了奧氏體晶粒動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶及晶粒長大的數(shù)學(xué)模型；利用ANSYS/LS-DYNA軟件對曲軸熱鍛過程進(jìn)行了有限元模擬，并結(jié)合奧氏體晶粒尺寸模型對熱鍛過程中的奧氏體晶粒尺寸進(jìn)行了預(yù)報(bào)。主要研究內(nèi)容

2、如下：
　　 ⑴在1323 K～1473 K溫度范圍內(nèi)對實(shí)驗(yàn)鋼的熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著應(yīng)變速率由0.01/s增加至10/S，實(shí)驗(yàn)鋼中奧氏體發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DRX)的程度明顯增加，晶粒尺寸下降為原來的1/2～1/3。通過改變熱模擬雙道次壓縮實(shí)驗(yàn)中的變形條件，分別使實(shí)驗(yàn)鋼的奧氏體晶粒在間歇時(shí)間內(nèi)發(fā)生靜態(tài)(SRX)和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(MDRX)及其晶粒長大(GG)。結(jié)果表明，在道次間歇的等溫過程中，MDRX的發(fā)生速度高于SRX的發(fā)生速度

3、。再結(jié)晶結(jié)束以后，晶粒尺寸在短時(shí)間內(nèi)迅速長大；隨等溫時(shí)間延長，晶粒長大趨勢減弱。在不同的變形溫度下，由于奧氏體再結(jié)晶程度的差異，變形量對奧氏體晶粒尺寸的影響程度不同。在1373 K變形溫度下，第一道次變形量(81)對奧氏體晶粒尺寸的影響較大；隨著變形量由εp增至2εp，晶粒細(xì)化效果顯著，但隨著等溫時(shí)間延長，長大后的晶粒尺寸逐漸接近。在1473 K變形溫度下，變形量由εp增至2εp后，晶粒尺寸變化不明顯，但隨著等溫時(shí)間增加，變形量較大試樣

4、的晶粒尺寸始終保持相對細(xì)小。
　　 ⑵根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得的峰值應(yīng)變(εp)、峰值應(yīng)力(σp)等參數(shù)以及通過金相方法測量的晶粒尺寸(DDRX)和再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)(XDRX)等參數(shù)，建立了實(shí)驗(yàn)鋼的DRX模型。利用雙道次熱模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確定了發(fā)生50％再結(jié)晶的時(shí)間(t0.5)等參數(shù)，并建立了實(shí)驗(yàn)鋼奧氏體晶粒的SRX和MDRX再結(jié)晶模型及再結(jié)晶后的晶粒長大模型。
　　 ⑶有限元模擬主要分為三個(gè)部分：熱壓縮實(shí)驗(yàn)升溫現(xiàn)象模擬、曲軸

5、坯料冷卻過程模擬和曲軸熱鍛過程模擬。通過對比模擬與實(shí)測過程的溫度升高速率發(fā)現(xiàn)，模擬壓縮過程中的升溫情況與實(shí)際情況基本一致，這說明模擬過程中使用的假設(shè)條件基本合理，并確定了相關(guān)參數(shù)(如：功熱轉(zhuǎn)換系數(shù)η=0.9、導(dǎo)熱系數(shù)λ=39.3W/m·K等)，為曲軸鍛壓模擬過程中的結(jié)構(gòu)分析奠定了基礎(chǔ)。通過對實(shí)驗(yàn)坯料在冷卻過程中的溫度場變化情況的模擬計(jì)算，確定了坯料冷卻過程中的自然對流換熱系數(shù)為4.0 W/m2.K，輻射換熱系數(shù)為1.6×10-11 W/

6、m2·K4；根據(jù)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的比較，確定實(shí)驗(yàn)坯料與模具接觸表面的綜合換熱系數(shù)為20 N/mm-s-K。
　　 ⑷通過有限元模擬的方法分析確定了曲軸預(yù)鍛過程中關(guān)鍵位置應(yīng)變量(8)、溫度(7)以及應(yīng)變速率(ε)等變形條件的準(zhǔn)確數(shù)值；分析曲軸鍛壓中金屬流動(dòng)規(guī)律及相應(yīng)位置點(diǎn)與曲軸坯料位置之間關(guān)系；并利用奧氏體晶粒模型對鍛后曲軸相應(yīng)位置進(jìn)行晶粒尺寸預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實(shí)測奧氏體晶粒尺寸接近，并且分布規(guī)律一致。故認(rèn)為將有限元模擬與奧氏體再