曲軸用非調質鋼熱鍛過程中奧氏體晶粒演變規(guī)律的研究及模擬.pdf

1、對于非調質鋼制鍛件來講，鍛造過程中奧氏體晶粒尺寸的控制是決定鍛件最終力學性能的關鍵之一。本文選用常用的鍛造用中碳微合金非調質鋼F38MnVS，對曲軸熱鍛過程中奧氏體晶粒尺寸的變化規(guī)律進行了研究；在1323 K～1473K溫度范圍內，分別建立了奧氏體晶粒動態(tài)、靜態(tài)、亞動態(tài)再結晶及晶粒長大的數(shù)學模型；利用ANSYS/LS-DYNA軟件對曲軸熱鍛過程進行了有限元模擬，并結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行了預報。主要研究內容

2、如下：
　　 ⑴在1323 K～1473 K溫度范圍內對實驗鋼的熱模擬實驗結果表明，隨著應變速率由0.01/s增加至10/S，實驗鋼中奧氏體發(fā)生動態(tài)再結晶(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驗中的變形條件，分別使實驗鋼的奧氏體晶粒在間歇時間內發(fā)生靜態(tài)(SRX)和亞動態(tài)再結晶(MDRX)及其晶粒長大(GG)。結果表明，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、。再結晶結束以后，晶粒尺寸在短時間內迅速長大；隨等溫時間延長，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，晶粒細化效果顯著，但隨著等溫時間延長，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，但隨著等溫時間增加，變形量較大試樣

4、的晶粒尺寸始終保持相對細小。
　　 ⑵根據(jù)應力-應變曲線獲得的峰值應變(εp)、峰值應力(σp)等參數(shù)以及通過金相方法測量的晶粒尺寸(DDRX)和再結晶百分數(shù)(XDRX)等參數(shù)，建立了實驗鋼的DRX模型。利用雙道次熱模擬實驗的結果，確定了發(fā)生50％再結晶的時間(t0.5)等參數(shù)，并建立了實驗鋼奧氏體晶粒的SRX和MDRX再結晶模型及再結晶后的晶粒長大模型。
　　 ⑶有限元模擬主要分為三個部分：熱壓縮實驗升溫現(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際情況基本一致，這說明模擬過程中使用的假設條件基本合理，并確定了相關參數(shù)(如：功熱轉換系數(shù)η=0.9、導熱系數(shù)λ=39.3W/m·K等)，為曲軸鍛壓模擬過程中的結構分析奠定了基礎。通過對實驗坯料在冷卻過程中的溫度場變化情況的模擬計算，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)模擬結果與實測數(shù)據(jù)的比較，確定實驗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鍛過程中關鍵位置應變量(8)、溫度(7)以及應變速率(ε)等變形條件的準確數(shù)值；分析曲軸鍛壓中金屬流動規(guī)律及相應位置點與曲軸坯料位置之間關系；并利用奧氏體晶粒模型對鍛后曲軸相應位置進行晶粒尺寸預測，預測結果與實測奧氏體晶粒尺寸接近，并且分布規(guī)律一致。故認為將有限元模擬與奧氏體再