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非调质钢空心轴三辊楔横轧理论与试验研究

作　者: 姜明昊
导　师: 杜凤山；王敏婷
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 轴类件楔横轧非调质钢析出强化数值模拟微观组织
分类号: TG335.19
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 80次
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内容摘要

楔横轧是一种高效的轴类零件塑性成形工艺,用楔横轧工艺成形非调质钢具有节能降耗的显著优势。本文以三辊楔横轧工艺为研究对象,对典型非调质钢热成形微观组织演变开展物理模拟研究,建立了耦合热、力、微观组织演变的有限元数值预报模型,分析了非调质钢空心轴热成形过程,并结合实际轧制试验验证了模型的正确性。利用Gleeble-3500热/力模拟试验机进行热模拟试验,采用单/双道次压缩试验和金相分析相结合的方法,研究了典型轴类件用非调质钢40MnV在楔横轧工艺范围内的力学行为及微观组织变化,并得出了相应的数学模型,包括再加热过程的晶粒长大模型、变形过程中的动态再结晶动力学及晶粒尺寸模型、变形间隔时间内的静态再结晶动力学及晶粒尺寸模型、再结晶后的晶粒长大模型、变形抗力数学模型等。研究了微合金元素对再加热及再结晶过程的抑制作用。所有这些模型的建立为深入开展控制轧制、轧制过程虚拟仿真及产品组织性能预报的研究奠定了基础。基于热模拟试验得出的微观组织模型,对DEFORM软件进行二次开发,建立了40MnV钢空心轴三辊楔横轧轧制过程三维热、力、微观组织演变耦合的非线性有限元计算系统,并对三辊楔横轧轧制过程进行分析,研究各种场变量及晶粒尺寸的分布规律。在三辊楔横轧机上开展空心轴非调质钢楔横轧成形试验,通过测量轧件晶粒尺寸,验证了热模拟试验所得到的组织演变数学模型的正确性。应用该微观组织模型,利用编程语言VB6.0编制了用于模拟计算40MnV钢热轧微观组织演变的可视化程序,可通过改变参数实现微观组织预报,对实际生产具有指导作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-20
  1.1 楔横轧技术  12-13
    1.1.1 楔横轧技术简介  12
    1.1.2 楔横轧技术的研究与应用  12-13
  1.2 非调质钢的研究  13-15
    1.2.1 非调质钢的发展及现状  13-14
    1.2.2 非调质钢的强化机制  14-15
  1.3 控制轧制  15-16
    1.3.1 控制轧制技术简介  15-16
    1.3.2 微合金元素在控制轧制中的作用  16
  1.4 热轧组织性能预测技术的研究现状  16-17
  1.5 课题的意义与研究内容  17-20
    1.5.1 课题的研究意义  17-19
    1.5.2 课题的主要研究内容  19-20
第2章奥氏体高温热变形理论研究  20-29
  2.1 再加热过程  20-21
    2.1.1 再加热过程中的晶粒长大  20
    2.1.2 微合金元素对再加热晶粒长大的影响  20-21
  2.2 奥氏体再结晶行为  21-26
    2.2.1 热变形过程中的再结晶行为  21-23
    2.2.2 热变形间隙时间内的再结晶行为  23-25
    2.2.3 微合金元素对再结晶的影响  25-26
  2.3 再结晶奥氏体晶粒长大  26-27
  2.4 钢材高温变形本构关系  27-28
    2.4.1 变形抗力与本构关系  27-28
    2.4.2 变形抗力影响因素  28
  2.5 本章小结  28-29
第3章热物理模拟试验  29-36
  3.1 试验材料  29-30
    3.1.1 试样化学成分  29
    3.1.2 试样尺寸  29-30
  3.2 试验设备  30-32
  3.3 试验内容  32-35
    3.3.1 单道次热压缩试验  32-34
    3.3.2 双道次压缩试验  34-35
    3.3.3 光学金相试验  35
  3.4 本章小结  35-36
第4章热轧钢材组织性能预测  36-68
  4.1 再加热过程组织预测  36-40
    4.1.1 再加热过程中奥氏体晶粒尺寸模型  36-38
    4.1.2 再加热过程中碳氮化物的溶解  38-39
    4.1.3 碳氮化钒对再加热奥氏体晶粒长大的影响  39-40
  4.2 热变形奥氏体动态再结晶预测  40-54
    4.2.1 流变曲线  40-41
    4.2.2 变形抗力数学模型  41-45
    4.2.3 动态再结晶模型  45-48
    4.2.4 动态再结晶动力学  48-50
    4.2.5 动态再结晶晶粒尺寸模型  50-52
    4.2.6 稳态流变应力分析  52-53
    4.2.7 微合金元素对动态再结晶的影响  53-54
  4.3 热变形奥氏体静态再结晶预测  54-65
    4.3.1 静态再结晶测量方法  55-56
    4.3.2 静态再结晶影响因素分析  56-60
    4.3.3 静态再结晶动力学模型  60-61
    4.3.4 静态再结晶晶粒尺寸  61-62
    4.3.5 碳氮化物对静态再结晶的影响  62-65
  4.4 热变形奥氏体再结晶后晶粒长大  65-66
  4.5 本章小结  66-68
第5章楔横轧过程数值模拟与试验研究  68-87
  5.1 楔横轧过程数值模拟  68-72
    5.1.1 DEFORM-3D 有限元软件介绍  68-69
    5.1.2 刚塑性有限元理论  69-70
    5.1.3 有限元法在楔横轧领域的应用  70
    5.1.4 三辊楔横轧仿真模型的建立  70-72
  5.2 模拟结果分析  72-78
    5.2.1 温度场模拟结果  72-73
    5.2.2 应变模拟结果  73-75
    5.2.3 应变速率模拟结果  75
    5.2.4 应力模拟结果  75-76
    5.2.5 晶粒尺寸模拟结果  76-78
  5.3 三辊楔横轧轧制试验  78-82
    5.3.1 试验设备及工艺  78-80
    5.3.2 试验结果分析  80-81
    5.3.3 数学模型验证  81-82
  5.4 热轧组织模拟计算  82-86
    5.4.1 程序流程图  82-84
    5.4.2 程序计算界面  84-86
  5.5 本章小结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-95
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  95-96
致谢  96-97
作者简介  97

非调质钢空心轴三辊楔横轧理论与试验研究

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