低碳钢冷成形过程硬度预测模型研究

发布时间：2017-12-13 17:29

  本文关键词：低碳钢冷成形过程硬度预测模型研究

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【摘要】：硬度是材料力学性能中最常用的一个性能指标,它反映了材料抵抗压入塑性变形、划痕、切削或磨损的能力。常用来评价材料的强度和耐磨性以及在冷成形过程中的可锻性。目前的研究主要针对冷成形过程中材料的硬度随等效应变的变化规律,而材料的硬度不仅取决于材料的变形程度、冷热加工条件等宏观状态,而且与材料的微观组织结构、金属晶体的点阵类型、晶格常数等有密切关系。因此,研究冷成形过程中材料微观组织参数对硬度变化的影响规律,建立基于微观组织参数的硬度预测模型,具有重要的理论意义和实用价值。本文通过实验与有限元模拟相结合的方法,分别研究了单相材料和两相材料中微观组织参数对冷成形过程中硬度变化的影响规律,并建立了基于微观组织参数的硬度预测模型。根据该模型优化了法兰件成形工艺,并预测了法兰件成形后的硬度分布。首先通过退火处理获得了具有不同微观组织参数的铁素体单相材料和铁素体-珠光体两相材料。分析了退火温度和保温时间对铁素体晶粒尺寸及相体积分数的影响。实验结果显示:随着温度的升高和保温时间的延长,铁素体晶粒尺寸逐渐增大,珠光体相的体积分数逐渐减小,且铁素体晶粒长大到一定程度后,不再随保温时间而变化。采用压缩实验与有限元模拟相结合的方法,分别研究了单相材料中的铁素体晶粒尺寸和铁素体-珠光体两相材料中的晶粒尺寸、相体积分数对硬度变化的影响,并建立了基于铁素体晶粒尺寸的铁素体钢的硬度预测模型,同时根据复合物法则,在单相材料的硬度预测模型基础上,建立了双相材料的硬度预测模型。结果表明:对于铁素体单相材料,初始硬度HV0、硬化系数K、硬化指数n均是受晶粒尺寸影响的变量,且随着晶粒尺寸的增大而减小;而对于铁素体-珠光体双相材料,HV0、K、n不仅受晶粒尺寸影响,而且与相体积分数有关,随着晶粒尺寸的增大而减小,随珠光体相体积分数的减小而减小。同时,采用具有不同微观组织参数的单相材料和两相材料,分别验证了两个硬度预测模型的有效性。针对法兰件的结构特点,提出了多工序镦挤复合成形工艺,并根据两相材料的硬度预测模型确定了坯料直径的合理范围,并预测了法兰件上的硬度分布。结果显示法兰件上的硬度的预测值与测量值吻合较好,进一步验证了该模型的准确性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1

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本文编号：1285986