工业库 文献库 大截面塑胶模具钢自由锻过程晶粒演变研究及数值模拟

大截面塑胶模具钢自由锻过程晶粒演变研究及数值模拟

登录后即可下载 收藏 作者:李晓成 年份:2017 来源库:博士
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大截面塑胶模具钢自由锻过程晶粒演变研究及数值模拟

作者:李晓成 年份:2017 来源库:博士

为了实现大截面预硬型塑胶模具钢自由锻过程的可控、组织预报及工艺优化,本文通过热物模拟试验、本构分析和数值模拟,研究了 SDP1贝氏体模具钢的高温塑性变形行为。论文主要考察了变形条件对合金变形过程中多种再结晶行为的影响,通过回归分析获得材料再结晶动力学模型材料参数,建立1:1等比例有限元模型及元胞自动机模型模拟不同变形参数对大锻件自由锻和锻后热处理过程的影响,通过分析对比给出合理的优化工艺。主要研究成果如下:(1)在Gleeble热模拟实验机上进行了单道次热压缩试验,发现当温度较低或应变速率较高时,流变应力曲线的峰值应力较大,动态再结晶晶粒尺寸随着温度的升高或应变速率的降低而增大;应力、变形温度和应变速率之间的关系可以采用双曲正弦函数A[sinh(ασ)]n=(?)exp(Qact/RT)表示,其中平均激活能Qact=257 kJ/mol,应力因子α=0.009 MPa-1,应力指数n=7.51,峰值应变与Z参数之间满足关系式εp=0.0011Z0a22,动态再结晶晶粒尺寸与Z参数之间满足关系式:DDRX=21400Z-0.26;(2)在热模拟实验机上进行双道次热压缩试验,采用Avrami方程描述SRX演变行为,其中平均激活能Q=152kJ/mol,应变因子n=-1.27,应变速率指数m=-0.25;描述MRX演变行为,平均激活能Q=126kJ/mol,变形系数α=1.22e-6,应变速率指数m=-0.41;描述晶粒长大行为,其中应变因子n=8.18,变形系数Ag=6.03,平均激活能 Q=800 kJ/mol;(3)基于DEFROM-3D平台,进行SDP1单道次热压缩过程模拟。通过与热物模拟试验结果的对比确定材料动力学模型参数的正确性和有限元模拟的可行性。在此基础上建立1:1等比例有限元模型模拟不同工艺参数的大锻件自由锻过程,包括镦粗、拔长和精整工序,得到锻件内部应力应变及晶粒演变数据,并给出合理的自由锻优化工艺:推荐镦粗温度1100 ℃,压下量500%;拔长温度1050 ℃,压下量300%,送进量500%,精整温度范围1000~1100 ℃;(4)DRX-CA模型模拟的合金热压缩过程的应力应变曲线、组织转变及稳态组织中晶粒尺寸分布和晶粒体积分数等计算结果与实验结果吻合良好。变形初始阶段,由于再结晶晶粒形核的发生,基体内晶粒数量急剧增加,平均晶粒尺寸急剧下降,随变形量增加,平均晶粒尺寸下降的速率减缓直至达到某一稳态值,且稳态晶粒尺寸随着变形温度的升高而增加;初始晶粒平均尺寸呈线性下降直至原始晶粒完全被细小的再结晶晶粒吞噬,而再结晶晶粒平均尺寸增加至峰值后缓慢下降至某一稳态值;(5)为研究晶粒尺寸对模块热处理结果的影响,本文采用热膨胀仪绘制了 2级、5级、8级(150,60,20 μm)三种晶粒尺寸SDP1钢的过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线,发现Lv8试样在0.01~0.02 ℃/s缓冷条件下会出现片状珠光体,Lv5试样在0.01 ℃/s条件下得到片状珠光体,Lv2试样在缓冷条件下无珠光体出现。结合大模块热处理过程有限元模拟结果,给出优化工艺;(6)为研究晶粒尺寸对SDP1模具钢的使用性能的影响,进行Lv2和Lv8两种晶粒度材料的性能测试,发现Lv2试样的机加工性能和耐腐蚀性能较弱,抛光性能近似,在满足组织合格的条件下,应以小晶粒尺寸模块优先考虑。