支承辊材料Cr5钢的热变形行为及微观组织仿真技术研究

发布时间：2017-10-22 04:20

  本文关键词：支承辊材料Cr5钢的热变形行为及微观组织仿真技术研究

  更多相关文章： Cr5钢 Hansel-Spittel模型 动态再结晶模型 微观组织演变 数值模拟

【摘要】：支承辊是轧钢设备的核心部件,由于其工作环境恶劣,一般体积较大,重量较重,对其质量要求也较高,是大型锻件的典型代表。支承辊一般情况下都是小批量甚至是单件生产,锻件质量大,消耗资源多,生产成本高,不允许出现锻造失败。显然传统的经验主义和试错方法已不能满足现代的锻造需求。因此,研究支承辊材料的热变形特性,建立相关的模型,运用数值模拟技术,对支承辊锻造过程的形状变化和微观组织演化进行模拟,从而优化锻造工艺,可以代替部分实际锻造试验,缩短产品周期,降低生产费用,是研究大锻件材料变形特性、实现控形控性最有力的手段。本文选取支承辊用材料Cr5钢为研究对象,通过热模拟试验和金相试验获得大量的试验数据,并以此为依据,建立该种材料的热变形流动应力模型和动态再结晶模型。在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cr5试样进行压缩,得到的流变应力曲线具有典型动态再结晶特征。基于Hansel-Spittel模型建立该材料的流动应力模型,通过与试验数据对比发现该模型能很好的描述Cr5钢的流变应力特征。基于动态材料模型,建立反映Cr5钢可加工性能的热加工图,通过分析合理制定热加工工艺参数。运用加工硬化率的方法,建立Cr5钢的动态再结晶临界应变模型。通过流变应力曲线和定量金相试验,建立Cr5钢的动态再结晶百分数模型和晶粒尺寸模型。将上述模型导入FORGE软件对Cr5钢的热压缩过程进行模拟,其结果与试验结果吻合较好,表明可以用上述模型来模拟Cr5钢热变形过程的微观组织演化,并用FORGE-3D对支承辊锻造过程的宏微观变化进行了模拟仿真。
【关键词】：Cr5钢 Hansel-Spittel模型 动态再结晶模型 微观组织演变 数值模拟
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TG333
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 大型锻件发展现状9-10
• 1.3 塑性成形数值模拟技术发展现状10-12
• 1.3.1 流动应力模型10-11
• 1.3.2 微观组织演化模型11-12
• 1.4 课题研究的意义及主要内容12-13
• 1.4.1 课题研究意义12
• 1.4.2 课题研究的主要内容12-13
• 第2章 试验材料与方法13-20
• 2.1 引言13-14
• 2.2 热压缩试验14-17
• 2.2.1 实验材料14
• 2.2.2 试验方法14
• 2.2.3 实验设备14-15
• 2.2.4 试样制备15-16
• 2.2.5 试验过程16-17
• 2.3 金相试验17-19
• 2.3.1 金相试样制备17-18
• 2.3.2 腐蚀剂的配制18-19
• 2.3.3 金相试样的腐蚀19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 基于Hansel-Spittel模型的Cr5钢热变形行为研究20-36
• 3.1 引言20
• 3.2 本构关系基本理论20-21
• 3.3 流变应力的影响因素21-22
• 3.3.1 温度对流变应力的影响21
• 3.3.2 应变对流变应力的影响21-22
• 3.3.3 应变速率对流变应力的影响22
• 3.4 Cr5钢在不同变形条件下的真应力-真应变曲线22-25
• 3.5 Cr5钢热变形流变应力本构模型的建立25-28
• 3.5.1 m3，，m8的求解25-26
• 3.5.2 m1，m5，m9的求解26
• 3.5.3 m2，m4，m7的求解26-27
• 3.5.4 A的求解27-28
• 3.6 本构方程的验证28-29
• 3.7 Cr5钢热塑性变形过程加工图的研究29-35
• 3.7.1 耗散图的建立29-32
• 3.7.2 失稳图的建立32-34
• 3.7.3 热加工图的建立34-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第4章 Cr5钢热变形过程动态再结晶行为研究36-55
• 4.1 引言36
• 4.2 动态再结晶机理36-37
• 4.3 Cr5材料动态再结晶模型的建立37-54
• 4.3.1 动态再结晶临界应变模型与峰值应变模型37-41
• 4.3.2 动态再结晶模型41-42
• 4.3.3 动态再结晶模型系数的求解42-49
• 4.3.4 晶粒长大模型49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 支承辊材料Cr5钢热变形过程数值模拟55-70
• 5.1 引言55
• 5.2 圆柱试样热压缩过程模拟方案的确定55-58
• 5.2.1 3D模型的导入55-56
• 5.2.2 材料模型的导入56-58
• 5.3 圆柱试样热压缩的仿真结果及分析58-63
• 5.3.1 力学参数仿真结果及分析58-60
• 5.3.2 动态再结晶百分数仿真结果及分析60-61
• 5.3.3 动态再结晶晶粒尺寸仿真结果及分析61-63
• 5.4 支承辊锻造工艺的确定63-65
• 5.4.1 锻造工艺的制定63-64
• 5.4.2 有限元模型的建立64-65
• 5.5 支承辊锻造过程仿真结果及分析65-68
• 5.5.1 宏观变形仿真结果及分析65-66
• 5.5.2 温度场仿真结果及分析66-67
• 5.5.3 等效应变仿真结果及分析67
• 5.5.4 动态再结晶仿真结果及分析67-68
• 5.6 本章小结68-70
• 第6章 结论70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间的研究成果76

【参考文献】

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1 张浩;重轨万能轧制物理模拟与多场耦合数值模拟[D];燕山大学;2011年

本文编号：1076737