基于应力三轴度的铸态42CrMo钢高温拉伸断裂行为分析

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对不同缺口半径(0.5,1.0,2.0,4.0 mm)的铸态42CrMo钢缺口试样进行不同温度(1223,1273,1373 K)下的热拉伸试验,基于应力三轴度分析了其高温拉伸断裂行为。结果表明:较高拉伸温度下缺口试样的流变应力较小;随着缺口半径减小,缺口试样流变应力和峰值应力增加,断裂应变减小;当缺口半径为0.5,1.0 mm时,应力三轴度最大值向最小横截面圆心转移;当缺口半径为2.0,4.0 mm时,拉伸过程中最小横截面圆心处的应力三轴度始终最大;随着缺口半径增加,应力三轴度减小;温度由1223 K升至1373 K,试样断口组织平均晶粒尺寸增大;缺口半径由0.5 mm增加至4.0 mm,平均晶粒尺寸增大,微空洞且尺寸及面积分数增加。

45钢的温变形行为及本构模型

在变形温度为600~700℃,应变速率为0.001~1 s^(-1)及变形量为60%的条件下,采用Gleeble-3500热模拟试验机对45钢进行了等温压缩试验,研究了其温变形行为。在对45钢真应力-真应变曲线进行摩擦修正及绝热修正的双修正基础上,建立了45钢基于Arrhenius方程的本构方程、基于应变补偿的Arrhenius本构方程和BP(Back-propagation)神经网络的本构模型。结果表明:45钢的流变应力对变形温度和应变速率十分敏感,随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增加。通过计算本构方程的预测值和试验值的相关系数与平均相对误差发现:基于Arrhenius方程的本构方程,相关系数为0.98537,平均相对误差为3.1197%;基于应变补偿的Arrhenius本构方程,相关系数为0.97923,平均相对误差为4.42948%;基于BP神经网络的本构方程,相关系数为0.99682,平均相对误差为2.28368%,表明基于BP神经网络的本构方程的整体预测性较好,具有较低的误差及较好的预测性。

外加应力对15CrMo钢贝氏体相变和显微组织的影响

在Gleeble-3500热模拟机上对15CrMo钢进行了不同拉/压应力下的等温贝氏体相变试验。利用膨胀仪和扫描电镜研究了外加应力对15CrMo钢贝氏体相变动力学和微观组织的影响。结果表明,外加应力能为贝氏体相变提供额外的机械驱动力,促进贝氏体相变并增加贝氏体相变量,使贝氏体板条变得细长,同时细化了样品中的M/A岛组织,导致15CrMo钢的维氏硬度增加。由于施加了外应力,贝氏体相变过程中发生了择优取向现象。当外加拉应力和外加压应力大小相同时,总的相变驱动力大小相近,对贝氏体相变的影响差别不大,两种应力状态下的微观组织形貌没有明显差别。

HB400/HG70双金属工程机械钢热轧结合行为模拟研究

目的研究HB400/HG70双金属热轧过程中轧制温度、压下率和轧辊转速对应力、应变及温度分布的影响规律。方法利用ABAQUS有限元数值模拟软件,建立了HB400耐磨钢/HG70焊接钢双金属热轧有限元模型。结果当压下率从50%增加至60%时,HB400与HG70两侧等效应变差值增大,已结合的部位由于变形量加大和应力集中导致结合失效。当压下率为50%时,结合区域等效应变为0.77~0.87,两侧的平均等效应变差值为0.0047且最大值为0.01。轧制速度过快导致双金属未完全结合就离开了轧制区域,降低轧制速度可以使垂直轧制方向的应力分布更均匀,当轧制速度为0.6 rad/s时,HB400与HG70两侧等效应变没有明显差别。温度升高可以提高HB400与HG70两侧的变形均匀性。随着压下率的增加,复合板与轧辊的传热效率增强。复合板的温度下降更加明显。结论HB400与HG70双金属复合板的轧制协调性较好,无明显翘曲。热轧后双金属外侧应力大于结合区域应力;提高轧制温度、压下率和降低轧辊转速,能使垂直轧制方向的应力分布更均匀。最佳的热轧条件为温度1200℃、压下率50%、轧制速度0.6rad/s。

环形零件辗扩成形工艺研究现状与发展趋势

环形零件的辗扩成形工艺是一种局部加载连续成形工艺,成形过程中变形区材料在高温和外载荷作用下经历了非稳态、非线性的塑性变形。为探讨辗扩工艺中金属塑性变形机理,促进该工艺的改进、完善和推广新应用,国内外学者利用理论分析、数值模拟和试验研究等方法,对辗扩成形工艺过程、工艺参数及其对材料组织、性能的影响规律进行系统深入的研究。综合论述这种先进成形工艺研究现状;分析辗扩成形工艺参数理论与试验研究、环件辗扩过程组织演变规律数值模拟、环件辗扩成形过程成形/成性一体化调控等方面的发展趋势;针对目前环件辗扩成形工艺存在的流程长、能耗大、浪费材料等问题,提出环件短流程铸辗复合成形新工艺,并探讨这种新的短流程工艺的重点研究内容和推广应用前景。

Ti-6Al-4V合金温变形性能研究

目的为了解决螺纹滚压加工缺陷问题,对Ti-6Al-4V合金进行温热环境变形研究,以期获得合适的温加工温度。方法通过Gleeble-3500型热模拟试验机进行了温拉伸和温剪切试验,应变速率为0.05~1 s^(−1),变形温度为100~600℃。分析了变形温度和应变速率对拉伸性能、剪切性能和延伸率的影响。研究了不同变形温度下Ti-6Al-4V合金微观组织演变情况。结果拉伸试样的流变应力随变形温度的升高而不断下降,且更快达到峰值应力。随应变速率的增加,流变应力上升。在温拉伸过程中,晶粒会发生转向以及拉长,且有再结晶现象出现。在300℃变形时组织中α相变形程度较为均匀。随变形温度的升高,合金组织中α相晶粒尺寸降低,晶粒的拉长变形程度增大。延伸率随着变形温度的升高整体呈现上升趋势,在300℃左右时存在一个区域塑性区。应变速率越高,试样的延伸率越低。试样的剪切强度随变形温度的升高而下降。剪切强度随应变速率的升高而逐渐提高。结论在300℃时组织中α相变形程度均匀,且塑性略高,为了避免较高变形温度时剪切强度过低材料出现粘连的情况,选择该温度为温滚压加工合适温度。

40Cr/Q345B双金属环坯离心铸造数值模拟研究

离心铸造的双金属环坯是保证双金属环在热辗扩中稳定性和最终性能的关键。通过Flow-3D软件模拟研究浇点位置、铸模转速和外层初始温度等参数对40Cr/Q345B双金属环坯离心铸造过程以及界面结合的影响,并通过实验进行了验证。结果表明:浇注点位于中心位置,有助于加快布型速度,减少铸件两端温差,壁厚均匀化。可行范围内,增加转速有助于改善偏心现象。最佳工艺参数为外层浇注温度1560℃,浇口L为0.4,铸模转速800 r/min,在外层金属温度冷却至1350℃时浇注温度为1580℃的内层金属。通过模拟和实验验证,得到了冶金结合良好、内外层金属质量合格的40Cr/Q345B双金属环坯,为后续热辗扩提供了符合要求的坯料。

螺纹件冷滚压工艺力学分析及数值模拟

对螺纹件冷滚压工艺进行了力学分析,并用DEFORM软件对螺纹冷滚压过程进行了数值模拟,得到了滚压力及扭矩随滚压时间的变化曲线,验证了理论分析结果的正确性。

棒料径向夹紧精密剪切模

通过研究剪切模具对棒料剪切质量的影响因素,设计了一种适用于普通冲床的棒料精密剪切模具,该模具通过弹簧提供径向夹紧力,且径向夹紧机构与剪切刀具设在同一模具上。模具能够提高棒料剪切断面质量及下料效率,节约了生产成本。

40Cr轮毂锻挤成形的数值模拟研究

设计了40Cr钢轮毂零件的生产工艺,通过镦粗和反挤压两道工序完成轮毂的锻坯加工。对设计的工艺进行了数值模拟,获得了反挤压成形过程中变形体的温度场、应力场和应变场,研究了挤压速度对变形体应力、应变场的影响。结果表明,反挤压过程的变形体应力、应变非常不均匀;筒壁从外向内形成了递增的温度梯度,而与上模底部接触部分温度较低。

42CrMo钢铸造环坯辗扩成形理论与工艺分析

与目前常用的环类零件生产工艺相比,基于环形铸坯的短流程铸辗复合成形新工艺具有节约材料和能源、缩短工艺流程等优点。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,探讨基于环形铸坯的轴承环件辗扩成形机理和工艺。借助于热力模拟试验和组织测试分析,揭示42CrMo钢在热变形条件下组织演变机理和规律;通过理论分析与数值模拟,研究铸坯环件辗扩成形过程中变形工艺参数及其对金属变形和组织演变规律的影响,实现环形零件铸辗复合成形/成性一体化调控;在洛阳LYC轴承股份有限公司,完成轴承套圈铸辗复合成形工业试验。试件的力学性能测试结果表明,这种短流程铸辗复合成形新工艺生产的环形零件具有良好的力学性能指标,可满足工业使用要求。

基于铸辗复合成形的42CrMo钢环坯铸造工艺与试验研究

针对目前环形零件生产工艺流程长,加热次数多,浪费材料和能源等问题,提出和研究环形零件短流程铸辗复合成形新工艺。该工艺采用铸造环坯直接辗扩成形,具有节能、节材和缩短工艺流程等优点。在这种新工艺中,环坯的铸造质量、组织和力学性能对后续的辗扩工艺和环形零件组织、性能具有重要的影响。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,通过理论分析和模拟研究,提出高质量环形铸坯铸造工艺;并进行实际工业试验。通过试验研究和性能测试,表明该铸造工艺生产的环形铸坯具有良好的质量、组织和力学性能,可以为轴承环件铸辗复合成形提供高质量的铸坯。

42CrMo钢热加工图的建立与热辗扩成形工艺

以铸态42CrMo 钢为研究对象，通过分析其热压缩应力-应变曲线，计算建立该钢不同应变时的热加工图。应变较小的热加工图中，微观组织演变机制在1100～1150℃、0.1～1 s-1范围为动态再结晶，在950～1050℃、1～10 s-1范围内为动态回复；随着应变的增大，动态回复和再结晶发生的温度和应变速率范围扩大，从而确定该钢最佳热辗扩温度和应变速率范围。结合该钢环形铸坯的热辗扩工艺试验，分析辗扩比、驱动辊速度和芯辊进给速度对辗扩件质量的影响，以及辗扩工艺参数对环件内部微观组织演变和最终晶粒组织的影响。分析结果和辗扩试验环件的检测结果都表明，用该钢环形铸坯直接进行辗扩成形生产环形零件，不仅可以获得精确的形状尺寸，而且可使环形铸坯得到充分变形，改善铸态组织、细化晶粒，获得内部微观组织和力学性能满足要求的环件。

铸态42CrMo环坯热辗扩微观组织模拟

为避免传统环件热成形工艺需要多次加热等问题,以铸态42CrMo合金环坯短流程铸辗复合成形工艺为研究对象,通过Gleeble-1500D热模拟试验机及金相显微镜进行系列试验研究,得到温度850～1150℃,应变速率0.05～5s-1的流变应力曲线.对流变应力曲线进行图形变换求解出位错密度变化和每个动态再结晶晶粒生长的动力学行为,并评估成核和动态再结晶晶粒的生长动力学行为.研究晶粒拓扑变形技术,并通过主成分分析对晶粒的拓扑结构进行优化.结果表明,采用Kock-M ecking（KM）位错密度模型可以揭示42CrMo合金动态再结晶过程中的位错密度演变,结合元胞自动机和优化后的晶粒拓扑变形技术的KM位错密度模型,能精确地模拟位错密度动态再结晶过程.

基于铸辗复合成形的铸态42CrMo钢热物理性能参数的研究

铸辗复合成形工艺是生产环形零件的先进成形技术,具有高效短流程、节能节材和减少排放等显著优点。对铸态环坯材料在成形工艺条件下的组织演变机理和变形热力学条件进行深入的研究,对于实现材料在这种短流程中的组织改善和成形成性一体化调控,具有重要意义。分析研究材料在热变形条件下热物理性能参数和建立准确的材料模型,是分析研究材料热成形过程组织演变和实现成形成性一体化调控的前提和关键。针对轴承套圈铸辗复合成形工艺,以42CrMo钢为研究对象,通过数值模拟和试验研究,得到热变性条件下铸态42CrMo钢的热物性参数如热导率、比热容和热扩散系数及其变化规律,分析影响这些热物性参数变化的因素,可为分析42CrMo环件铸辗复合成形工艺和实现成形过程中组织和性能的改善提供准确的数据和模型。

环件辗扩成形过程微观组织及性能控制研究进展

高性能大型环件精确辗扩控形控性一体化制造是大型运载火箭仓体、风电法兰、核电反应堆及石油化工容器等高端装备向着安全、轻量、高效和长寿命方面发展的迫切需求。综述环件辗扩成形过程微观组织及性能研究现状,分析单、双道次简单热模拟压缩试验和显微组织演变数值模拟技术在环件辗扩过程组织演变研究中的应用,探讨环件组织与性能控制中存在的问题,并指出目前的研究已无法满足上述高性能环件制造要求。提出复杂多道次物理模拟及内变量组织建模用于环件辗扩组织演化分析的必要性,探明环件宏观/微观织构定量表征和晶体塑性有限元法(Crystal plasticity finite element method,CPFEM)揭示组织演变机理的可行性。阐述今后高性能环件辗扩成形组织演变及性能控制的研究方向与重点,未来必须构建辗扩过程环件组织、织构和力学性能之间及其与工艺参数的定量关系。

铸态42CrMo钢热压缩变形时的动态再结晶行为

基于Gleeble-1500型热模拟试验机进行热压缩试验,通过对试验数据进行线性回归分析推导出了铸态42CrMo钢热压缩变形的本构方程,同时探讨了热压缩变形参数对显微组织的影响。结果表明:在相同的变形温度(850～1 150℃)下,该钢变形后的显微组织随着应变速率的增大逐渐变细,在5s-1时达到最细;在相同的应变速率(0.1～5s-1)下,显微组织随着变形温度的升高逐渐变细后再粗化,在1 050℃时马氏体板条最细;在相同的应变速率(1～5s-1)和变形温度(900～1 050℃)下,随着变形量的增加,再结晶晶粒尺寸均得到了显著细化;在温度为1 050℃、应变速率为5s-1、应变为0.6时热压缩后晶粒的细化效果最为显著。

基于铸辗复合成形的25Mn钢法兰热处理工艺的试验研究

以铸辗复合成形的25Mn钢法兰为研究对象,研究热处理工艺参数对25Mn钢法兰微观组织及力学性能的影响;通过扫描电镜观察分析,揭示25Mn钢法兰件经不同回火温度处理后拉伸与冲击断口的断裂机理。试验结果表明,辗扩后法兰件内存在残余应力,组织不均匀,拉伸与冲击断裂形式主要为准解理和脆性断裂。在220~660℃回火时,晶粒得到细化,组织均匀;低温回火后,断口形貌为河流状花样和撕裂棱,韧窝少而浅,断裂形式为剪切和解理断裂;且随着回火温度的升高,强度总体呈下降趋势;经620℃回火析出细粒状碳化物,塑性达到峰值,伸长率和断面收缩率分别约为29%和65.32%,此时韧窝密度大,深度变深,冲击吸收能量最大（约103 J）,塑韧性最好。回火温度大于620℃,碳化物发生球化,塑韧性降低。为获得优良的综合力学性能,制定25Mn钢法兰的最佳热处理工艺为880℃淬火保温2 h,在10%NaCl水溶液中冷却后620℃回火10 h。