本文關(guān)鍵詞：噴射成形CPM9V高速鋼熱加工行為及有限元預(yù)測(cè)

  更多相關(guān)文章： 噴射成形 高速鋼 熱物理模擬 Deform有限元模擬 熱加工圖

【摘要】：噴射成形技術(shù)(Spray forming)制備的高速鋼,不僅消除了宏觀偏析和粗大晶粒,使材料具備優(yōu)越的力學(xué)性能,而且相比于傳統(tǒng)粉末冶金的方法,生產(chǎn)工序減少,生產(chǎn)成本降低。采用噴射成形法制備的CPM9 V高速鋼坯體,不可避免地產(chǎn)生了一些孔隙,為了提高致密度,進(jìn)一步改善碳化物尺寸和分布,需要后續(xù)進(jìn)行熱加工如鍛造或軋制等工藝來(lái)優(yōu)化材料組織及性能。有限元(FEM)數(shù)值模擬方法能大大減少實(shí)驗(yàn)量和提高工作效率,從而降低研究成本。根據(jù)Gleeble軸對(duì)稱等溫壓縮實(shí)驗(yàn)得到應(yīng)力應(yīng)變曲線數(shù)據(jù),建立準(zhǔn)確的流變應(yīng)力本構(gòu)模型對(duì)提高有限元數(shù)值模擬精確度尤為重要。本文借助Gleeble熱物理模擬以及Deform有限元模擬,結(jié)合組織分析,系統(tǒng)的研究了噴射成形CPM9V高速鋼的熱加工性能并制定了最優(yōu)的鍛造工藝參數(shù)。主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)通過(guò)Gleeble由對(duì)稱等溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn),獲得了不同應(yīng)變速率和溫度下噴射成形CPM9V高速鋼的流變應(yīng)力曲線。基于Arrhenius雙曲正弦模型,建立了噴射成形CPM9V高速鋼的本構(gòu)模型,提出了一種修正本構(gòu)模型中材料常數(shù)的方法。考慮到應(yīng)變量對(duì)流變過(guò)程影響,運(yùn)用6次多項(xiàng)式將應(yīng)變量耦合入本構(gòu)模型,材料常數(shù)α、n、Q和1nA的擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.980、0.997、0.995、0.986。流變應(yīng)力預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的相關(guān)系數(shù)為R=0.9976,平均絕對(duì)相對(duì)誤差A(yù)ARE僅為3.157%,表明建立的本構(gòu)模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)噴射成形CPM9V高速鋼在熱壓縮過(guò)程中的高溫流變行為。(2)將建立的本構(gòu)模型嵌入Deform-3D有限元模擬軟件,對(duì)軸對(duì)稱等溫?zé)釅嚎s過(guò)程進(jìn)行了模擬。將模擬得出的熱壓縮后試樣的變形量和尺寸以及載荷位移曲線與實(shí)際熱壓縮實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示模擬值與實(shí)測(cè)值吻合較好,驗(yàn)證了基于Deform-3D有限元模擬的準(zhǔn)確性和可行性。對(duì)試樣截面上不同區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)追蹤,對(duì)比了熱壓縮試樣截面上不同典型區(qū)域的等效應(yīng)力和等效應(yīng)變隨變形過(guò)程的變化。處于死區(qū)、大變形區(qū)和自由變形區(qū)的P1、P2和P3點(diǎn),等效應(yīng)力值P2P3P1,等效應(yīng)變P2P3P1。由于上下端面約束和摩擦力的存在,造成了熱壓縮過(guò)程中變形不均勻,從而表現(xiàn)出三種典型的區(qū)域。結(jié)合金相組織分析,表明大變形區(qū)是最易優(yōu)先發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的區(qū)域,而死區(qū)基本維持原噴射成形態(tài)組織形貌,自由變形區(qū)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力低于大變形區(qū)。(3)通過(guò)Deform-3D模擬給出了不同熱加工條件下試樣的等效應(yīng)力和等效應(yīng)變分布云圖和等值線圖,其等效應(yīng)力和等效應(yīng)變分布都呈典型的“X”形,即接近上下表面處和兩側(cè)等效應(yīng)力值較低,越接近中間部位等效應(yīng)力值和等效應(yīng)變?cè)酱蟆囟仍礁�、�?yīng)變速率越低,變形越均勻,中間大變形區(qū)的范圍有所擴(kuò)大。所以,研究不同熱壓縮實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)材料組織性能的影響應(yīng)主要以大變形區(qū)的組織為參考,這樣有利于排除因不均勻變形對(duì)材料組織變化的判斷造成的干擾。(4)根據(jù)動(dòng)態(tài)材料模型DMM理論,建立了噴射成形CPM9V高速鋼從真應(yīng)變0.2到0.9下所對(duì)應(yīng)的熱加工圖。噴射成形CPM9V高速鋼在不同應(yīng)變量的情況下功率耗散效率峰值區(qū)為高溫低應(yīng)變速率區(qū)(1120-1180℃、0.01-0.1s-1),而失穩(wěn)區(qū)為高溫和低溫下的高應(yīng)變速率區(qū)(1120-1150℃、1-10 s-1和970-1030℃、1-10 s-1)。(5)結(jié)合熱加工圖不同區(qū)域組織觀察結(jié)果,耗散效率峰區(qū)A內(nèi)為細(xì)小均勻的完全再結(jié)晶等軸晶組織。失穩(wěn)區(qū)B區(qū)和失穩(wěn)區(qū)C中對(duì)應(yīng)的熱加工實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的材料除局部區(qū)域發(fā)生不完全再結(jié)晶的纖維狀晶粒組織外,出現(xiàn)了明顯的失穩(wěn)特征,如：集中變形區(qū)、絕熱剪切以及應(yīng)力集中造成的基體材料剝落等現(xiàn)象。其他安全區(qū)內(nèi)靠近峰區(qū)A的熱壓縮實(shí)驗(yàn)參數(shù)下也出現(xiàn)了完全再結(jié)晶組織,但耗散效率值較低的其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)下都不同程度出現(xiàn)了失穩(wěn)特征組織。所以本文擬定的最優(yōu)的鍛造工藝參數(shù)為：1150-1180℃、0.01-0.1s-1。
【關(guān)鍵詞】：噴射成形 高速鋼 熱物理模擬 Deform有限元模擬 熱加工圖
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF124.39;TG316
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 高速鋼簡(jiǎn)介13-17
• 1.1.1 高速鋼分類13-14
• 1.1.2 粉末冶金高速鋼14-16
• 1.1.3 粉末高速鋼CPM9V簡(jiǎn)介16-17
• 1.2 噴射成形技術(shù)簡(jiǎn)介17-22
• 1.2.1 噴射成形原理18-20
• 1.2.2 噴射成形技術(shù)的特點(diǎn)20
• 1.2.3 噴射成形高速鋼的應(yīng)用及進(jìn)展20-22
• 1.3 熱加工理論簡(jiǎn)介22-25
• 1.3.1 物理模擬技術(shù)22-23
• 1.3.2 金屬材料熱變形23-24
• 1.3.3 Deform有限元模擬24-25
• 1.4 本文研究背景意義及內(nèi)容25-27
• 1.4.1 本文研究背景及意義25
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容25-27
• 第2章 材料制備及實(shí)驗(yàn)方法27-33
• 2.1 噴射成形CPM9V高速鋼坯體制備27-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法29-33
• 2.2.1 軸對(duì)稱等溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)29-30
• 2.2.2 本構(gòu)方程建立30
• 2.2.3 Deform有限元模擬30-31
• 2.2.4 熱加工圖繪制31
• 2.2.5 組織觀察和分析31
• 2.2.6 晶粒度測(cè)量31-32
• 2.2.7 硬度測(cè)試32-33
• 第3章 噴射成形CPM9V高速鋼本構(gòu)方程的建立33-46
• 3.1 引言33
• 3.2 噴射成形CPM9V高速鋼熱壓縮流變曲線33-35
• 3.3 本構(gòu)方程的建立及修正35-39
• 3.3.1 本構(gòu)方程的建立35-38
• 3.3.2 材料常數(shù)的修正38-39
• 3.4 應(yīng)變量耦合39-43
• 3.5 本構(gòu)模型的驗(yàn)證43-45
• 3.6 本章小節(jié)45-46
• 第4章 熱壓縮過(guò)程有限元模擬46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 Deform對(duì)熱壓縮過(guò)程的模擬46-48
• 4.3 模擬結(jié)果分析48-56
• 4.3.2 載荷位移曲線49-50
• 4.3.3 熱壓縮試樣截面不同區(qū)域分析50-54
• 4.3.4 等效應(yīng)力和等效應(yīng)變分布54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第5章 噴射成形CPM9V高速鋼熱加工圖58-80
• 5.1 引言58
• 5.2 熱加工圖建立58-69
• 5.2.1 功率耗散系數(shù)和耗散圖的建立58-64
• 5.2.2 失穩(wěn)判據(jù)和失穩(wěn)圖的建立64-67
• 5.2.3 熱加工圖建立67-69
• 5.3 軸對(duì)稱等溫?zé)釅嚎s后合金的組織特征69-79
• 5.3.1 熱加工圖不同區(qū)域組織驗(yàn)證69-77
• 5.3.2 硬度測(cè)試及分析77-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 結(jié)論80-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果90

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