基于连续损伤力学模型的楔横轧心部疏松缺陷建模与应用研究

针对楔横轧心部疏松缺陷削弱材料强度,导致工件失效,影响零件的最终寿命的问题,采用一种基于连续损伤力学的耦合损伤模型研究了楔横轧心部疏松产生的规律。首先,通过拉伸实验、循环加载-卸载实验、缺口拉伸实验标定了调质45钢在26和500℃下的本构参数,再建立有限元模型进行仿真,研究了轧制温度、展宽角、断面收缩率和成形角对心部损伤演化的影响。结果表明,较低的轧制温度、较小的成形角、较大的展宽角和断面收缩率易使轧件心部产生疏松缺陷。在模具参数中展宽角、断面收缩率、成形角对心部损伤的影响依次减小。

楔横轧工艺参数对心部疏松的影响

应用数理统计学理论对北京科技大学所做实验的心部疏松实验数据进行处理,得到轧件心部疏松等级的回归方程,经检验,方程拟合良好且显著。通过对回归方程的分析,得出展宽角和断面收缩率存在很强的交互效应———当小展宽角大断面收缩率或大展宽角小断面收缩率时容易产生心部疏松;当成形角较小时也较容易产生心部疏松。研究结果为进一步探索楔横轧的疏松机理提供了依据。

交变次数对楔横轧心部疏松的影响

应用ANSYSDYNA有限元软件,对楔横轧轴类件进行轧制过程的模拟,以轧件1/2半径点的应力循环变化行为为基础,得到轧件中心截面的交变次数。选取了典型轧制实验模型与有限元分析结果做比较,得到交变次数对轧件心部疏松的影响规律,为深入研究楔横轧的疏松机理提供了依据。

不均匀温度场对改善三辊楔横轧轧件心部质量的研究

楔横轧变形属于连续局部横压过程,中心压实法有助于提高圆轴类棒料横压时的内部质量。将中心压实法应用于三辊楔横轧,通过有限元模拟研究了不均匀温度场对三辊楔横轧轧件心部应力应变的影响。模拟结果表明,不均匀温度场方法可以减小轧件心部拉应力,增大心部静水压应力,提高心部塑性变形能力,有助于改善轧件心部质量。通过三辊楔横轧实验,验证了不均匀温度场方法改善轧件心部质量的可行性。

4Cr9Si2马氏体钢气门楔横轧工艺研究

通过热模拟等温压缩实验,获得4Cr9Si2马氏体耐热钢的本构关系。借助DEFORM-3D有限元软件针对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行数值模拟,得到工艺参数对轧件缩颈和心部疏松的影响规律。通过轧制实验验证有限元模拟的正确性,对轧制后的轧件进行金相组织分析。研究结果表明:随着成形角增大,楔入段轴向金属流动速度大于横向金属流动速度,减小横向应力最大值和横向应力持续时间,使轧件心部缺陷产生可能性减小;随着展宽角增大,同样可以减小横向应力数值和横向应力持续时间,使轧件心部缺陷产生可能性减小;随着成形角减小和展宽角增大,减小轴向力Fz,改善缩颈现象;其横截面中心原奥氏体晶粒尺寸为11μm,气门杆部微观组织得到改善。