基于DEFORM-3D的熱鍛成形多尺度模擬軟件的開發(fā)與應用.pdf

1、重大設備的關鍵部件往往是由鍛件制造而成，需要通過熱鍛成形來滿足其較高的力學性能要求，由于熱鍛成形兼具變形和變性兩大特點，所以，要想獲得最優(yōu)的熱鍛工藝，更好地改善鍛件的性能，需要將鍛件的宏觀變化和微觀組織演變結合起來進行研究。單純依賴物理實驗將需要很高的成本，并且有些內部的物理現(xiàn)象也難以觀察，但數(shù)值模擬技術能夠很好地解決這些問題。因此，開發(fā)熱鍛成形多尺度模擬軟件來研究鍛件的宏觀變化和微觀組織演變，并運用其實現(xiàn)鍛件的“全工藝過程”控制和工藝

2、優(yōu)化以達到對鍛件進行控形控性的目的，具有十分重要的工程指導意義。
　　本文采用準耦合分析的方法對熱鍛成形的宏觀變化和微觀組織演變進行了耦合分析。針對實際工程中的變溫變應變速率情況，對動態(tài)再結晶相關模型、靜態(tài)再結晶相關模型以及晶粒長大模型進行了離散化處理，使之適應于對變形各增量步進行疊加計算。對多道次熱鍛成形過程中再結晶對后續(xù)道次材料變形的影響問題，通過再結晶百分數(shù)“剔除”了被再結晶消耗掉應變能的應變，定義了“仍具材料硬化能力”的殘

3、余應變，給出了后續(xù)道次計算所用的修正應變的計算方法。對空洞型缺陷演化模型和熱成形開裂模型也分別進行了離散化處理，使之適合于增量步的累加計算。
　　采用Fortran語言開發(fā)了DEFORM-3D用戶自定義子程序，包括流動應力子程序和熱鍛成形微觀組織演變、空洞型缺陷演化及熱成形開裂趨勢預報的多尺度模擬子程序。采用C#語言在Visual Studio工具軟件中開發(fā)了多道次熱鍛成形模擬軟件。將開發(fā)的DEFORM-3D用戶自定義子程序進行聯(lián)

4、合編譯，通過多道次熱鍛成形模擬軟件導入到 DEFORM-3D中，實現(xiàn)了多道次熱鍛成形多尺度數(shù)值模擬。通過長方體試件的雙道次拔長實驗、內置空洞的PbSb3鉛試件的鐓粗與拔長實驗和錐形試件的熱壓縮實驗來對熱鍛成形多尺度模擬軟件微觀組織演變數(shù)值模擬、空洞型缺陷演化數(shù)值模擬和熱成形開裂數(shù)值模擬的計算精度進行了驗證。
　　通過不同工藝參數(shù)條件下SA508-3鋼方鋼坯拔長變形的數(shù)值模擬，獲得了方鋼坯比較合適的拔長工藝參數(shù)。運用優(yōu)化后的工藝參數(shù)

5、對SA508-3鋼鋼錠的開坯過程進行了模擬研究，結果表明采用普通平砧鍛造法對SA508-3鋼鋼錠開坯，能夠獲得質量比較高的鍛件。采用不同變形工藝參數(shù)對穩(wěn)壓器上封頭的終鍛成形進行了數(shù)值模擬，獲得了穩(wěn)壓器上封頭比較合適的終鍛成形工藝參數(shù)。運用優(yōu)化后的工藝參數(shù)對穩(wěn)壓器上封頭的終鍛成形進行了全工藝過程模擬研究，研究結果表明穩(wěn)壓器上封頭鍛坯在鍛造中開裂的可能性不大，坯料鍛后的組織不均勻性嚴重，預測可通過減少加熱時間，降低鍛造溫度和加大變形量來均勻