锻钢曲轴磁痕形成机理研究

发布时间：2017-09-16 05:24

  本文关键词：锻钢曲轴磁痕形成机理研究

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【摘要】：锻钢曲轴是发动机上的关键零部件之一,曲轴的质量在很大程度上决定了发动机的质量和寿命,锻造曲轴由于能满足曲轴工作时的强度、韧塑性、抗疲劳等要求,得到了广泛运用,而磁痕是造成锻造曲轴报废的主要因素之一,因此开展对曲轴磁痕的相关研究是十分必要的。本文采用Gleeble-1500D试验机对曲轴常用材料42CrMo合金钢进行热压缩实验,获得了42CrMo合金钢的流变应力曲线,分析了流变应力与变形温度、应变速率等的关系,当变形温度一定时,流变应力随着应变速率的升高而增大;当应变速率一定时,流变应力随着温度的升高而减小,并基于Arrhenius双曲正弦函数,建立了42CrMo合金钢的热变形本构模型。在Gleeble-1500D试验机上对42CrMo合金钢进行高温拉伸实验,选取Normalized CockroftLatham损伤模型,计算不同变形温度和不同变形速率下的临界损伤值;引入热变形Zener-Hollomon参数,建立了考虑变形温度和变形速率的高温损伤模型;通过扫描电镜对拉伸断口的分析,确定42CrMo合金钢的断裂机制为韧性断裂;并根据高温拉伸应力-应变曲线图,选取在不同应变量下进行高温拉伸裂纹扩展实验,研究了42CrMo合金钢高温损伤的演变过程。通过Deform-2D模拟软件对高温拉伸过程进行了数值模拟,对比模拟得到的临界损伤值和实验得到的临界损伤值,结果两者吻合良好,验证了所选取的损伤模型的正确性。对曲轴试块进行磁粉探伤,观察磁痕的位置和表面形貌,结合企业相关探伤标准,初步判断磁痕的形成与材料中心的缺陷金属有关;采用仿真软件Transvalor Forge-3D模拟了曲轴的热锻过程,发现中心金属易流至连杆颈内侧,对比模拟的金属流动情况与实际锻打实验的金属流动情况,两者吻合良好,因此,中心金属外露是曲轴磁痕形成的主要因素之一。
【关键词】：42CrMo合金钢 本构模型 高温损伤 数值模拟 磁痕
【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
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 曲轴成形过程中的缺陷在国内外的研究现状9-10
• 1.3 损伤研究现状10-13
• 1.3 数值模拟在预测缺陷中的应用13-14
• 1.3.1 数值模拟在开裂缺陷预测中的应用13-14
• 1.3.2 数值模拟在折叠缺陷预测中的应用14
• 1.3.3 数值模拟在其他缺陷预测中的应用14
• 1.4 课题来源和研究内容14-16
• 第二章 压缩实验及本构模型的建立16-24
• 2.1 热压缩实验16-19
• 2.1.1 实验过程16-17
• 2.1.2 高温压缩流变应力-应变曲线17-18
• 2.1.3 影响流变应力的因素18-19
• 2.2 本构模型的建立19-22
• 2.3 材料参数在有限元软件中的应用22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 42CrMo合金钢的损伤研究24-42
• 3.1 引言24
• 3.2 高温损伤实验一24-29
• 3.2.1 高温拉伸真实应力-应变曲线25-26
• 3.2.2 42CrMo高温损伤临界值的研究26-27
• 3.2.3 Zener-Hollomon参数对临界损伤值的影响27-29
• 3.3 变形温度和应变速率对抗拉强度的影响29
• 3.4 损伤机理的研究29-31
• 3.5 损伤演变过程31-35
• 3.5.1 高温拉伸实验二31-32
• 3.5.2 损伤的演变分析32-35
• 3.6 拉伸实验数值模拟35-40
• 3.6.1 拉伸实验模拟参数的设定35-36
• 3.6.2 拉伸实验模拟结果36-40
• 3.7 本章小结40-42
• 第四章 曲轴磁痕的研究42-49
• 4.1 引言42
• 4.2 探伤方法与设备42-44
• 4.3 磁粉探伤结果与分析44-47
• 4.3.1 常见磁痕的分类及成因44-45
• 4.3.2 磁痕的判定45-46
• 4.3.3 影响磁痕检测的因素46-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第五章 曲轴工艺研究49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 曲轴工艺模拟参数设定49-50
• 5.3 建立卡压工艺有限元模型50-51
• 5.4 卡压工艺模拟分析51-53
• 5.4.1 卡压工艺温度场分析51
• 5.4.2 卡压工艺应变分析51-52
• 5.4.3 卡压工艺金属流动分析52
• 5.4.4 卡压工艺损伤分析52-53
• 5.5 建立预锻工艺有限元模型53-54
• 5.6 预锻工艺模拟分析54-56
• 5.6.1 预锻工艺温度场分析54
• 5.6.2 预锻工艺应变场分析54-55
• 5.6.3 预锻工艺金属流动分析55-56
• 5.6.4 预锻工艺损伤分析56
• 5.7 建立终锻工艺有限元模型56-57
• 5.8 终锻工艺模拟分析57-59
• 5.8.1 终锻工艺温度场分析57
• 5.8.2 终锻工艺应变场分析57-58
• 5.8.3 终锻工艺金属流动分析58-59
• 5.8.4 终锻工艺损伤分析59
• 5.9 磁痕形成的工艺分析59-61
• 5.10 本章小结与展望61-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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2 权国政;佟莹;周杰;;不同温度及应变速率条件下AZ80镁合金临界损伤因子研究[J];功能材料;2010年05期

3 黄盛华;影响磁粉探伤灵敏度主要因素的探讨[J];汽车科技;1999年04期

4 刘旭光;周杰;柳豪;潘成海;;某重卡前轴成形辊锻折叠缺陷成形机理分析[J];热加工工艺;2011年23期

5 胡莉巾;詹梅;黄亮;杨合;;采用韧性断裂准则预测分形旋压径向开裂[J];塑性工程学报;2009年03期

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 孙小孟;微车曲轴精密锻造成形工艺及模具的研究[D];重庆大学;2006年

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本文编号：861145