基于Deform金属锻造和热处理的晶粒度分析及组织遗传研究

发布时间：2017-05-27 17:00

  本文关键词：基于Deform金属锻造和热处理的晶粒度分析及组织遗传研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近30多年来，随着计算机技术和数值计算方法的发展，有限元模拟方法在锻造加工方面得到广泛应用，并在锻造和热处理过程的数值模拟研究上都取得突破性进展。借助计算机模拟技术预测锻造加工中的微观组织演变，对指导实际生产具有重要意义。本论文的研究课题来源于广东省重大科技专项（2009A080304004）“船舶工业用大型锻件锻造减量化及余热能源利用技术的研究与产业应用”。 本文选取大型锻件—35CrMo黄船某型战舰中间轴为研究对象，运用有限元软件Deform对其锻造和热处理过程进行了数值模拟，并针对锻造和热处理过程中的晶粒度变化进行了软件的二次开发、实验验证等方面的研究。本文的研究内容和主要结论如下： （1）在windows平台上，，对现有的Deform软件进行了二次开发，利用软件自带的用户子程序功能和Absoft Fortran软件，插入了德国Aachen大学的R.Kopp教授提出的再结晶模型，使其具有晶粒度模拟的功能。 （2）对大型锻件的锻造和热处理过程进行了数值模拟。从模拟结果上看，在锻造过程中，随着送进量的增加，晶粒尺寸有减小的趋势；随着压下率的增大，晶粒尺寸也有减小的趋势。为了获得细小晶粒，实际锻打时，应保证有足够的送进量；优化后的加热规范不仅可以得到细小晶粒，而且始锻温度低，加热时间缩短了4%，约0.43h，在降低能耗上起了一定的作用。 （3）进行热处理时，在影响晶粒和组织遗传的各因素中，加热速度最显著，加热方式次之，保温时间和冷却方式对其影响较小。并且淬火保温时间缩短了30分钟，进一步降低了能耗。通过对锻造工艺和热处理工艺之间协同关系的研究，发现保证充分的送进量和压下率可以很好地促进热处理工艺，进一步细化晶粒。 （4）提取样品进行热处理实验。从实验上看，进行慢速加热时，35Crmo钢发生明显的晶粒遗传现象，反之，中速加热没有。为了防止晶粒遗传现象发生，应提高临界区的加热速度。
【关键词】：35CrMo 二次开发 数值模拟 晶粒度 组织遗传
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG311;TG151
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 选题的背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 锻造过程数值模拟12-13
• 1.2.2 热处理过程数值模拟13-14
• 1.2.3 微观组织模拟14-15
• 1.3 组织遗传现象及解释15-16
• 1.4 课题研究的意义和主要内容16
• 1.5 小结16-17
• 第二章 金属锻造和热处理数值方法17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 Deform 软件介绍17-19
• 2.3 刚塑性有限元热力耦合基本理论19-22
• 2.3.1 基本假设19
• 2.3.2 基本方程和边界条件19-20
• 2.3.3 刚塑性有限元法20
• 2.3.4 锻造温度场模型建立20-21
• 2.3.5 温度场边界条件处理21
• 2.3.6 热力耦合计算21-22
• 2.4 热处理温度场模型建立22-25
• 2.4.1 热传导方程的建立22-23
• 2.4.2 定解条件23-24
• 2.4.3 热物性参数24-25
• 2.5 关键技术的处理25-27
• 2.5.1 模具结构的数学描述25
• 2.5.2 摩擦边界问题25
• 2.5.3 动态接触边界问题25-26
• 2.5.4 网格划分和重划分处理26-27
• 2.5.5 收敛准则27
• 2.6 小结27-28
• 第三章 再结晶分析模型和 DEFORM 软件的二次开发28-37
• 3.1 引言28
• 3.2 再结晶分析模型28-29
• 3.2.1 再结晶过程28
• 3.2.2 再结晶分析模型28-29
• 3.3 Dedorm 软件的二次开发29-36
• 3.3.1 用户自定义子程序29-32
• 3.3.2 再结晶过程子程序的编制32-36
• 3.4 小结36-37
• 第四章 数值模拟及结果分析37-56
• 4.1 引言37
• 4.2 再结晶模型参数37
• 4.3 锻造过程模拟结果37-43
• 4.3.1 模拟锻造过程的几何模型37-38
• 4.3.2 送进量对晶粒尺寸的影响38-40
• 4.3.3 加热规范、压下率对晶粒尺寸的影响40-43
• 4.4 热处理过程模拟结果43-52
• 4.4.1 热处理过程模拟的几何模型43-44
• 4.4.2 加热速度的影响44-46
• 4.4.3 保温时间的影响46-47
• 4.4.4 加热方式的影响47-48
• 4.4.5 冷却方式的影响48
• 4.4.6 正交实验48-52
• 4.5 协同关系52-54
• 4.6 小结54-56
• 第五章 金属试样金相实验及结果分析56-61
• 5.1 引言56
• 5.2 实验准备56-58
• 5.2.1 实验材料56
• 5.2.2 实验仪器56-57
• 5.2.3 实验步骤57-58
• 5.3 金属平均晶粒度测定方法58
• 5.4 实验结果及分析58-60
• 5.4.1 实验结果58-59
• 5.4.2 结果分析59-60
• 5.5 晶粒遗传的消除和防止60
• 5.6 小结60-61
• 结论与展望61-62
• 主要结论61
• 展望61-62
• 参考文献62-67
• 附录67-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-77
• 附件77

【参考文献】

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本文编号：400571