結(jié)構(gòu)鋼熱變形行為研究.pdf

1、受能源、環(huán)境和效率的制約，傳統(tǒng)的熱塑性成形方式越來越不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展，熱機(jī)械處理的出現(xiàn)正是一種對(duì)傳統(tǒng)模式的變革。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為熱塑性成形的發(fā)展提供了契機(jī)，要將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)必須要建立相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模型，有關(guān)這方面的研究已進(jìn)行得很多，迄今為止，這些研究仍不系統(tǒng)、仍不完善。再結(jié)晶、流變應(yīng)力和熱變形后冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變?cè)跓崴苄猿尚芜^程中占據(jù)著重要地位，再結(jié)晶影響著微觀結(jié)構(gòu)和流變應(yīng)力，流變應(yīng)力是塑性加工過程和加工設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)的重要

2、參數(shù)，熱變形后冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變決定著最終的組織構(gòu)成，而微觀組織決定著產(chǎn)品的最終性能，可見，開展這些方面的研究有著重要的意義。現(xiàn)有的研究主要針對(duì)C-Mn鋼和微合金鋼(Nb、V、Ti)，在本研究中則以Ce、Mo系結(jié)構(gòu)鋼作為研究對(duì)象，借助熱模擬試驗(yàn)和顯微分析，用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論對(duì)再結(jié)晶、流變應(yīng)力和熱變形條件下連續(xù)冷卻過程中的相變規(guī)律進(jìn)行了研究，并建立了相應(yīng)的模型，得出的結(jié)論主要有： 再結(jié)晶形核自由能是反映再結(jié)晶難易程度的重要參量

3、，本文在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上導(dǎo)出了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核自由能的計(jì)算式，該式首次將再結(jié)晶形核自由能與應(yīng)變量(流變應(yīng)力)建立了聯(lián)系，對(duì)35CrMo和40Cr鋼的計(jì)算表明，變形溫度越高、應(yīng)變率越大，形核自由能就越大；單個(gè)晶核的形核自由能在10-14～10-9N/m2間變化。 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶方程中的Avrami指數(shù)是常量還是變量存在爭(zhēng)議，文中將Bergstrom模型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶一般式相結(jié)合，提出了一個(gè)新的計(jì)算動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的方法，該方法可以動(dòng)態(tài)地反

4、映熱變形過程中Avrami指數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)Avrami指數(shù)并不為恒值，在某個(gè)應(yīng)變量處出現(xiàn)突變(文中命名為突變點(diǎn))，并給出了計(jì)算35CrMo鋼突變點(diǎn)的判據(jù)。 Zener-Hollomon參數(shù)是與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和流變應(yīng)力有關(guān)的重要參數(shù)，文中依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，導(dǎo)出了35CrMo鋼和40Cr鋼的Zener-Hollomon參數(shù)的計(jì)算式，該式可應(yīng)用于較廣的變形溫度和較寬的應(yīng)變率范圍。針對(duì)Medina-Hernandez模型沒有考慮元素間相互作用的

5、缺點(diǎn)，本文在更廣泛數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上經(jīng)數(shù)學(xué)處理得出了新的計(jì)算變形激活能的模型，該模型涵蓋了更多的元素且有更高的精度，平均相對(duì)誤差和均方根分別為4.57﹪和18.59kJ/mol，優(yōu)于Medina-Hernandez模型的6.7﹪和32.90kJ/mol；對(duì)35CrMo鋼和40Cr鋼變形激活能的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，新模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更接近于實(shí)測(cè)值。 通過雙道次壓縮試驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)地研究了應(yīng)變率、應(yīng)變量和道次間停留時(shí)間對(duì)40CrNiMo鋼的靜態(tài)再結(jié)

6、晶的影響，用2﹪補(bǔ)償法計(jì)算了不同變形條件的靜態(tài)再結(jié)晶分?jǐn)?shù)，并得出了其動(dòng)力學(xué)方程，在不同溫度區(qū)間的靜態(tài)再結(jié)晶激活能分別為253.5kJ/mol(≥1223K)和565.4kJ/mol(＜1223K)。 針對(duì)現(xiàn)有的加工硬化流變應(yīng)力模型復(fù)雜且精度差的缺點(diǎn)，本文在Ludwik-Hollomon模型的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)改進(jìn)模型。新模型在模擬加工硬化狀態(tài)的流變應(yīng)力取得了很好的效果。該模型與其它變形參數(shù)建立了關(guān)聯(lián)，不僅適用于熱變形，也適用于溫

7、變形。在定義軟化度概念的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)模擬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型流變應(yīng)力的模型；利用該模型模擬的流變曲線與實(shí)驗(yàn)曲線吻合很好，其效果明顯優(yōu)于其它模型，同時(shí)，它還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀的優(yōu)點(diǎn)。在熱變形條件下，針對(duì)傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸公式不能反應(yīng)變形過程中晶粒尺寸的變化，提出了一個(gè)能反應(yīng)變化過程的改進(jìn)模型。計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之間的平均相對(duì)誤差為5.1﹪，均方根為0.75μm。 本文研究了不同變形條件和不同冷卻速度對(duì)連續(xù)冷卻過程先共析鐵素體析出溫度