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大型锻件镦粗侧表面开裂研究

作　者: 王子亮
导　师: 任运来
学　校: 燕山大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 锻造大锻件镦粗鼓形系数空穴扩张比侧表面开裂
分类号: TG316.192
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 263次
引　用: 5次
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内容摘要

现代金属加工工业的迅速发展,要求重型机械制造业提供优质大锻件。大锻件是由钢锭锻造而成。钢锭不可避免的存在偏析、疏松、微裂纹等组织缺陷。钢锭越大,缺陷越严重。为了获得优质锻件,必须通过锻造消除这些缺陷。镦粗是大锻件制造工艺中极为重要的工序,其主要目的是增大锻比,压合内部空洞缺陷,提高材料性能。镦粗过程中,由于存在摩擦,难变形区内晶粒粗大、心部拉应力产生缺陷、变形不均匀导致侧表面开裂。其中侧表面的开裂是最普遍的,往往导致大锻件的报废。金属塑性变形过程中裂纹的产生、发展最终导致宏观断裂的现象是受金属组织结构、应力状态、变形速率等许多因素影响的复杂过程,但最终原因还是由于金属内部夹杂物和第二相质点等缺陷在界面处分离形成空穴。空穴在一定外界条件下扩张,继而发生聚合或连接,最终形成宏观裂纹。从塑性材料裂纹出现的内部机理出发,将临界空穴扩张比理论应用于实际镦粗工艺中,解决了镦粗工艺中侧表面开裂的判定问题。裂纹的形核与扩张是由于不均匀变形而诱发的,为描述镦粗过程中的变形不均,定义了镦粗鼓形系数,通过数值模拟分析,得到了鼓形系数在镦粗过程中与周向应力与轴向应力之间的关系,最终确立了鼓形系数与表征材料应力状态的应力三轴度之间的一一对应关系。通过建立鼓形系数与应力三轴度之间的对应关系,简化了变形过程中求解空穴扩张比的过程,使在实际生产过程中应用临界空穴扩张比理论对镦粗侧表面开裂的判定成为可能。

全文目录

摘要  5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 大型锻件生产流程  11-14
    1.2.1 冶炼铸锭  11-13
    1.2.2 锻造  13-14
  1.3 镦粗工艺特点及缺陷  14-20
    1.3.1 镦粗工艺特点  14-18
    1.3.2 镦粗缺陷  18-19
    1.3.3 减少镦粗鼓形的主要措施  19-20
  1.4 本文的研究内容  20-21
第2章镦粗侧表面开裂判定方法的研究  21-35
  2.1 引言  21
  2.2 大锻件生产中常见裂纹分析  21-24
    2.2.1 形成裂纹的力学分析  22
    2.2.2 形成裂纹的组织分析  22-23
    2.2.3 金属组织对大锻件裂纹的影响  23-24
  2.3 材料产生裂纹的微观过程  24-29
    2.3.1 空穴的形成过程  25-27
    2.3.2 空穴的扩张过程  27-28
    2.3.3 空穴的聚合过程  28
    2.3.4 裂纹形成过程概述  28-29
  2.4 临界空穴扩张比判据的建立  29-32
    2.4.1 宏观理论推导  29-31
    2.4.2 临界空穴扩张比与微观组织的联系  31-32
    2.4.3 临界空穴扩张比的应用  32
  2.5 镦粗侧表面的开裂  32-34
    2.5.1 镦粗侧表面开裂原因  33
    2.5.2 镦粗侧表面开裂分析  33
    2.5.3 镦粗侧表面开裂判定方法的确立  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章有限元基本理论简介  35-40
  3.1 体积成形的刚塑性有限元法  35-37
    3.1.1 基本假设  35-36
    3.1.2 塑性力学基本方程  36-37
    3.1.3 刚塑性有限元基本原理－Markov 变分原理  37
  3.2 Deform 软件介绍  37-39
  3.3 本章小结  39-40
第4章镦粗侧表面开裂的数值模拟  40-68
  4.1 引言  40-41
  4.2 有限元模型的建立  41-42
  4.3 模拟分析  42-45
    4.3.1 应变分析  43
    4.3.2 平均应力分析  43-45
  4.4 空穴扩张比VG 的计算  45-47
  4.5 鼓形系数的建立  47-56
    4.5.1 传统鼓形变化表示方法  47-48
    4.5.2 瞬时坐标差值比建立鼓形系数  48-52
    4.5.3 摩擦系数对鼓形系数的影响  52-54
    4.5.4 原始高径比对鼓形系数的影响  54-56
  4.6 鼓形系数与临界空穴扩张比的关系  56-67
    4.6.1 模拟所得数据  56-59
    4.6.2 数据结果分析  59-63
    4.6.3 建立鼓形系数与应力三轴度的对应关系  63-64
    4.6.4 空穴扩张比的变化规律  64-65
    4.6.5 求解空穴扩张比  65-67
  4.7 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  73-74
致谢  74-75
作者简介  75

大型锻件镦粗侧表面开裂研究

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