42CrMo钢转向节臂成形数值模拟与组织预测

发布时间：2017-07-15 11:37

  本文关键词：42CrMo钢转向节臂成形数值模拟与组织预测

  更多相关文章： 42CrMo钢 本构方程 微观组织模型 转向节臂 楔横轧

【摘要】：42CrMo钢是一种典型的中碳低合金钢,具有较高的强度、韧性及耐磨性,被广泛应用于汽车曲轴、连杆和发动机主轴等综合力学性能要求较高的零件。汽车转向节臂是转向系统中重要的承力零件,产品的成形工艺和成形质量直接影响着企业的生产效益和汽车的性能。本文采用实验手段建立了42CrMo钢的本构方程及微观组织演变模型,将模型嵌入Deform-3D软件对转向节臂的成形过程及微观组织进行了模拟和预测,并对原有制坯工艺进行了优化和改进。利用Gleeble-3800热模拟实验机对42CrMo钢进行热压缩试验,得到了在不同变形条件下的应力应变曲线,并分析了变形温度、应变速率对流变应力的影响规律。通过对实验数据进行拟合,建立了42CrMo钢热变形性能参数与Z参数的函数关系,并以Arrhenius双曲正弦方程为基础,建立了适用于42CrMo钢热变形过程的本构方程。最终通过应力计算值与实验值的对比,验证了本构方程的准确性。通过对压缩完成后的试样进行金相制备及数据统计分析,得到了各变形参数对42CrMo钢热变形过程中的平均晶粒度、再结晶晶粒度和再结晶体积分数等的影响规律,基于统计数据建立了42CrMo钢热锻过程中的动态再结晶模型。最终通过再结晶晶粒尺寸和体积分数计算值与实验值的对比,验证了动态再结晶模型的准确性。在应力应变曲线的基础上,基于DMM绘制出了42CrMo钢不同应变下的热加工图,并分析了失稳区随应变的变化规律,最终确定了42CrMo钢的最佳锻造工艺范围。将建立的本构方程和动态再结晶模型嵌入Deform-3D软件中,模拟了转向节臂的成形过程。根据模拟结果,分析了成形过程中温度、应力、应变的变化规律,并对工件的平均晶粒度和再结晶体积分数等微观组织演变参量进行了预测。采用楔横轧制坯代替转向节臂原有制坯工艺,并通过选取相关工艺参数设计了楔横轧轧辊,导入Deform-3D软件模拟了楔横轧制坯的成形过程。根据模拟结果,分析了轧制过程中温度、应力、应变的变化规律及主要缺陷产生的原因,并对轧件的平均晶粒度和再结晶体积分数等微观组织演变参量进行了预测。
【关键词】：42CrMo钢 本构方程 微观组织模型 转向节臂 楔横轧
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG316;TG335
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 42CrMo钢的国内外研究现状12-13
• 1.3 数值模拟技术在材料成形中的应用13-15
• 1.3.1 数值模拟技术在材料宏观变形中的应用13-14
• 1.3.2 数值模拟技术在材料微观变形中的应用14-15
• 1.4 楔横轧技术的研究与应用15-17
• 1.5 课题研究的意义及主要内容17-19
• 1.5.1 课题研究的意义17
• 1.5.2 主要研究内容17-19
• 第2章 锻态 42CrMo钢高温流变及动态再结晶行为19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 高温压缩试验19-23
• 2.2.1 试验材料及试样制备19
• 2.2.2 试验方案19-20
• 2.2.3 试验设备20
• 2.2.4 试验结果与分析20-23
• 2.3 金相实验23-25
• 2.3.1 实验方法23
• 2.3.2 试验结果与分析23-25
• 2.3.3 动态再结晶晶粒尺寸D2和再结晶体积分数Xdrex的确定25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 锻态 42CrMo钢本构方程和动态再结晶模型27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 本构方程的构建27-32
• 3.3 动态再结晶模型的建立32-39
• 3.3.1 锻态 42CrMo钢临界条件的确定32-35
• 3.3.2 动态再结晶晶粒尺寸模型的建立35-37
• 3.3.3 动态再结晶体积分数Xdrex模型的建立37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 锻态 42CrMo钢的热加工图40-46
• 4.1 引言40
• 4.2 热加工图的基本理论40-42
• 4.2.1 动态材料模型原理40
• 4.2.2 功率耗散系数40-41
• 4.2.3 流变失稳准则41-42
• 4.3 热加工图的建立42-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 转向节臂锻造成形模拟与组织预测46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 研究对象46
• 5.3 成形工艺模拟与组织预测46-52
• 5.3.1 转向节臂的锻造工艺46-47
• 5.3.2 成形工艺模拟47-51
• 5.3.3 转向节臂成形件的微观组织51-52
• 5.4 本章小结52-54
• 第6章 转向节臂关键成形工序的改进54-64
• 6.1 引言54
• 6.2 制坯工序的改进54-59
• 6.2.1 楔横轧制坯的模具设计54-58
• 6.2.2 楔横轧几何模型的建立58-59
• 6.3 楔横轧制坯有限元成形分析59-61
• 6.3.1 楔横轧制坯有限元模型的建立59-60
• 6.3.2 楔横轧制坯模拟中的缺陷与改进60
• 6.3.3 楔横轧制坯最终成形过程60-61
• 6.4 楔横轧制坯成形结果的分析61-62
• 6.4.1 楔横轧制坯的温度分析61
• 6.4.2 楔横轧制坯的应力、应变及微观组织分析61-62
• 6.5 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果70-71
• 致谢71

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本文编号：543709