大型支承辊锻件的微观组织模拟.doc

大型支承辊锻件的微观组织模拟大锻件作为关键件、基础件已广泛应用于装备制造的各个方面。大锻件生产是重型机械制造业的重要组成部分,其生产的品种、重量等级、数量及生产装备等方面的水平,是标志一个国家经济实力和工业发展水平的重要方面。大锻件的应用领域决定其在复杂的服役条件下工作,要求锻件有较好的内在质量与使用性能。因此,大锻件的生产与科研要求向科学化、现代化方向发展。有限元数值模拟技术不仅用于锻件成形过程中内部力学性能的预测和控制,而且对锻件内部微观组织变化过程的研究也逐步深化,通过预测锻件锻造过程中微观组织演变过程,以控制其生产工艺条件及材料的热力学成形工艺参数,实现对成形过程中微观组织演变的控制,最终得到理想的具有良好综合机械性能的锻件组织。数值模拟仿真技术在锻造领域的应用,不仅大大降低了生产成本,且实现了锻造成形由传统的定性向定量化研究、由经验设计向科学设计的转变。本文首先通过Gleeble-1500D热模拟压缩物理实验,研究支承辊材料45Cr4NiMoV钢热压缩变形过程中应力应变变化关系,利用实验结果建立材料应力应变曲线模型;分析热压缩变形过程中材料峰值应力与应变率、温度的关系,结果表明:峰值应力随着变形温度的升高而下降,且相同温度下应变率越大,峰值应力也越大,其变化规律与材料高温变形过程中微观组织演化密切相关;并根据热压缩过程中不同温度、不同应变率下峰值应变值的变化,确定了材料临界应变模型。在物理实验获得材料模型基础上,运用Deform-3D有限元分析软件模拟支承辊镦粗、拔长工艺,并分析不同砧宽下锻件表面温度分布及心部等效应力、等效应变状态,得到了较合理的支承辊镦拔工艺方案。利用支承辊材料热压缩实验数据及材料临界应变模型,建立了二维元胞自动机动态再结晶模型;通过Deform-3D中Microstructure模块对支承辊镦拔变形过程中动态再结晶进行模拟分析,总结出温度、应变、位错密度等因素与材料动态再结晶之间的关系为:应变量的增加引起位错密度的增大,从而为动态再结晶新晶核的形成提供动力;形核过程中,部分位错能得到释放;同时在高温及不均匀位错能的作用下,新晶核迅速长大。这一过程在整个镦拔变形过程中循环发生。因此,足够的镦拔比、保证锻件心部足够的应变量即彻底锻透钢坯心部,是保证彻底改变锻件铸态组织,获得均匀理想晶粒的前提条件。本文对45Cr4NiMoV大型支承辊镦拔工艺过程的模拟分析以及对其微观组织动态再结晶的预测结果与理论基础相符,可为大型支承辊锻件锻造工艺的制定提供参数依据。