中碳结构钢亚热控制精密成形特性模拟研究

论文摘要

伴随着经济发展和制造全球化的热潮,为了使得产品具有市场竞争力,采用低成本高质量的先进制造技术已成为制造业不可遏制的发展趋势。亚热控制精密成形是在温成形和热成形温度范围之间成形的一种精密成形工艺。该工艺具有如下优点:变形抗力低,简化工序,节约能耗,成形后的产品不仅能满足尺寸精度要求,同时成形件晶粒细小,力学性能优良。本文以汽车精锻件常用的合金结构钢40Cr和DIN优质碳素钢Cf53为研究对象,以汽车花键轴为载体,采用物理模拟和数值模拟相结合的方法对亚热控制精密成形特性进行了系统的理论和实验研究。通过热模拟实验和定量金相技术分析了40Cr和Cf53钢的亚热变形行为和变形工艺参数对微观组织的影响。多因素方差分析结果显示,对于这两种钢在亚热成形条件下等效应变,等效应变率和温度三因素都为影响显著的因素。其影响程度由主到次可排列如下:等效应变速率,变形温度,等效应变。本文基于对Zener-Hollomon参数的研究,建立了一种由稳态项和修正项构成的新型流变应力模型。稳态项是金属材料在亚热变形过程中的稳态流变应力模型,而修正项是指流变应力随应变的变化而变化的部分。并把它应用到40Cr和Cf53钢中,计算出这两种钢新型流变应力模型的具体参数值。本文计算了40Cr和Cf53钢的亚热成形激活能,分别为:318.759 kJ/mol和274.803 kJ/mol。把Zener-hollomon参数作为亚热成形过程中宏观流变应力与微观晶粒尺寸的桥梁,建立了宏观流变应力和变形后奥氏体晶粒尺寸的关系式,并首次计算了40Cr和Cf53钢亚热成形宏观流变应力和变形后奥氏体晶粒尺寸间的关系模型,为实际应用奠定了理论基础。建立了40Cr和Cf53钢亚热成形动态再结晶晶粒尺寸模型,首次建立了40Cr和Cf53钢在亚热变形条件下,Avrami指数随应变速率的变化而变化的再结晶动力学模型。通过研究在温度为1123-1273K和应变速率为0.1-20s-1条件下的应力-应变曲线,首次构建了40Cr钢的亚热变形加工图,结果显示高的能量耗散效率对

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 亚热成形特性模拟研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 本章参考文献
• 第二章 40Cr 和CF53 钢亚热成形热模拟实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 亚热变形行为研究
• 2.4 变形参数对微观组织影响的定量研究
• 2.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 40Cr 和CF53 钢亚热成形流变应力建模
• 3.1 引言
• 3.2 流变应力数学模型评价
• 3.3 40Cr 和Cf53 钢亚热变形流变应力建模研究
• 3.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 亚热成形动态再结晶建模及加工图研究
• 4.1 引言
• 4.2 动态再结晶的发生与变形工艺条件的关系
• 4.3 动态再结晶行为的研究内容
• 4.4 40Cr 和Cf53 钢亚热成形动态再结晶晶粒尺寸模型研究
• 4.5 40Cr 和Cf53 钢亚热成形动态再结晶动力学模型研究
• 4.6 基于加工图的40Cr 亚热成形工艺与动态再结晶研究
• 4.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 亚热挤压成形数值模拟研究
• 5.1 刚（粘）塑性有限元数值模拟理论
• 5.2 DEFORM-3D 二次开发
• 5.3 40Cr 和CF53 钢亚热挤压过程的数值模拟
• 5.4 亚热挤压变形过程模拟结果及分析
• 5.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第六章 亚热挤压成形微观数值模拟研究
• 6.1 引言
• 6.2 DEFORM－3D 微观演化模拟的二次开发
• 6.3 亚热正挤压微观模拟结果及分析
• 6.4 亚热反挤压微观模拟结果及分析
• 6.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第七章 亚热挤压工艺实验及花键轴亚热控制精锻工艺研究
• 7.1 亚热挤压实验方案和实验条件
• 7.2 实验模具
• 7.3 实验结果分析及讨论
• 7.4 汽车花键轴亚热控制精锻工艺
• 7.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第八章 结论和展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 作者在攻读博士学位期间的研究成果