低活化钢U形件挤压工艺数值模拟及试验研究

发布时间：2017-08-12 11:09

  本文关键词：低活化钢U形件挤压工艺数值模拟及试验研究

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【摘要】：高铬铸铁磨球以其优良的耐磨性,在电力、建材、水泥和冶金矿山等行业有着大量的应用。本文针对淬火+回火态高铬铸铁磨球冲击韧性较低,在大型球磨机中使用时出现大量剥落和破碎的失效问题,从热处理工艺对磨球基体组织和碳化物的影响着手分析,制定了合理的等温淬火和分级奥氏体化等温淬火热处理工艺,提高了磨球的冲击韧性和抗冲击疲劳性。本文主要工作成果如下：1.淬火+回火态高铬铸铁磨球的基体组织为细针状马氏体,基体中弥散分布着大量的块状和杆状的二次碳化物,表层硬度约为60HRC,心部硬度约为56HRC,冲击韧性约为4.1 J/cm：,硬度较高但冲击韧性偏低。2.高铬铸铁磨球在230℃、260℃和290℃的温度下等温淬火15～50min的试验结果表明,随着等温淬火温度的提高,磨球的硬度和冲击韧性均呈先升后降的趋势；随等温淬火时间的延长,磨球的硬度降低而冲击韧性先升后降。260℃等温淬火40min后,磨球获得细针状下贝氏体为主的奥贝氏体基体,基体中弥散分布着一定数量的圆粒状二次碳化物,磨球的强韧性配合较好,表层硬度约为58HRC,心部硬度约为55HRC,冲击韧性可达7.2J/cm2,冲击韧性较淬火+回火态提高了约75%。3.在950-830℃的二次奥氏体化温度范围内,高铬铸铁磨球的硬度随着二次奥氏体化温度的降低而降低。磨球经980℃×150min+920℃×30min的分级奥氏体化后在260℃等温淬火30～50min,尖锐的共晶碳化物棱角钝化,基体中弥散分布着大量的圆粒状二次碳化物,强韧性有一定的提高,表层硬度保持在59HRC左右,心部硬度保持在54.5HRC左右,冲击韧性保持在7.1-7.4J/cm2。4.落球疲劳试验结果表明,淬火+回火态高铬铸铁磨球出现大量的剥落甚至破碎的现象,而经过等温淬火和分级奥氏体化等温淬火后的高铬铸铁磨球极少出现剥落的情况,其抗冲击疲劳磨损能力大大优于淬火+回火态高铬铸铁磨球。对于服役于大直径球磨机的高铬铸铁磨球,等温淬火热处理工艺较好。5.通过数值模拟结合实验分析可知,磨球表层与内浇口的交界部位最后凝固,此处组织粗大,脆性较大且应力集中,在冲击下,脆性相易开裂形成裂纹,导致磨球在该部位首先发生剥落失效现象。
【关键词】：高铬铸铁磨球 等温淬火 分级奥氏体化 冲击韧性 冲击疲劳性 数值模拟
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG376
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 引言15-16
• 1.2 低活化钢国内外研究现状16-19
• 1.2.1 低活化钢简介16-17
• 1.2.2 低活化钢加工工艺简介17-19
• 1.3 挤压工艺简介19-22
• 1.3.1 挤压加工的定义及分类19-21
• 1.3.2 挤压工艺的特点21-22
• 1.4 挤压技术的发展现状及趋势22-24
• 1.5 选题的意义和目的24-25
• 1.6 课题的研究内容25
• 1.7 本章小结25-26
• 第二章 低活化钢力学模型的建立26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 低活化钢的力学性能参数26-28
• 2.2.1 低活化钢热压缩实验26-27
• 2.2.2 试验结果及分析27-28
• 2.3 本构方程的构建28-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 低活化钢U形件挤压过程数值模拟34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 刚塑性有限元法的基本理论34-36
• 3.2.1 刚塑性材料基本假设34-35
• 3.2.2 刚塑性力学基本方程35
• 3.2.3 刚塑性材料的变分原理35-36
• 3.3 U形件结构分析36-37
• 3.4 关键试验参数的选择37
• 3.5 有限元模型建立37-40
• 3.6 模拟结果分析40-47
• 3.6.1 U形件成形过程和缺陷分析40-42
• 3.6.2 金属流动及成形过程分析42-43
• 3.6.3 温度场分析43-45
• 3.6.4 等效应变分析45-47
• 3.7 关键参数对成形质量的影响47-50
• 3.7.1 成形温度的影响48
• 3.7.2 成形速度的影响48-49
• 3.7.3 矩形槽圆角半径的影响49-50
• 3.8 本章小结50-52
• 第四章 低活化钢U形件实验及结果分析52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 模具材料选择和模具设计原则52-53
• 4.3 实验条件及方案53-54
• 4.3.1 实验条件53
• 4.3.2 实验方案53-54
• 4.4 U形件尺寸及实验误差分析54-55
• 4.5 显微硬度分析55-56
• 4.6 拉伸实验分析56-58
• 4.7 拉伸断口分析58-59
• 4.8 本章小结59-60
• 第五章 总结和展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况66

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本文编号：661274