本文關(guān)鍵詞：37CrMnMo亞熱鍛工藝研究

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【摘要】：隨著地下淺中層油氣資源不斷被開采而迅速減少,深層油氣的開采日顯重要。由于深層石油地質(zhì)條件較淺中層更加惡劣,所以深層油氣的開采對石油鉆具的要求也隨之提高。37CrMnMo材料因具有良好綜合力學(xué)性能、耐腐蝕和耐磨等特性,被廣泛應(yīng)用于石油鉆桿的制造,因此,37CrMnMo材料的鍛造工藝研究尤為重要。本文以石油鉆桿為載體,采用數(shù)值模擬和物理試驗相結(jié)合的方法對37CrMnMo材料的亞熱鍛工藝進(jìn)行系統(tǒng)的理論和實驗研究。本文通過建立37CrMnMo材料的加工圖,選擇合適的變形溫度和應(yīng)變速率�？芍跓徨憸囟确秶蛠啛徨憸囟确秶鷥�(nèi)都存在可加工溫度區(qū)域,而采用亞熱鍛工藝可減少在成形過程中產(chǎn)生的氧化皮而提高37CrMnMo材料的流動性能,減少表面皺折缺陷。運(yùn)用正交法,對石油鉆桿端部加厚成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬,選取變形溫度、凸模進(jìn)給速度及摩擦系數(shù)三個因素,分析不同工藝參數(shù)對最大溫度梯度、最大等效應(yīng)力、最大等效應(yīng)變、模具磨損量以及最大載荷的影響,最終確定最優(yōu)工藝方案,確定在亞熱鍛溫度范圍內(nèi)能獲得較好質(zhì)量的鍛件,同時通過石油鉆桿加厚成形過程的物理試驗驗證其數(shù)值模擬結(jié)果。主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1、通過等溫?zé)釅嚎s實驗,繪制出真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線,變形溫度為750~1200℃,應(yīng)變速率為0.001~10s~（-1）。同時通過Matlab軟件建立37CrMnMo材料的熱加工圖,并從微觀機(jī)理上分析了37CrMnMo材料的熱變形行為。在同一變形溫度下,應(yīng)變速率越大,37CrMnMo材料變形的峰值應(yīng)力越大;而在同一應(yīng)變速率下,隨著變形溫度的升高,37CrMnMo材料變形的峰值應(yīng)力逐漸減小。發(fā)生失穩(wěn)的區(qū)域有750~850℃/10-3~10-0.5s~（-1）、850~950℃/1~10s~（-1）和1175~1200℃/10-3~10-2s~（-1）(100.5~10s~（-1）),為不適合加工區(qū)域;在950~1000℃/10-1s~（-1）~1s~（-1）和1000~1100℃/10-0.5s~（-1）~10s~（-1）區(qū)域出現(xiàn)功率耗散因子的峰值,功率耗散因子均大于0.311,為適宜進(jìn)行材料加工區(qū)域。可知在熱鍛溫度范圍內(nèi)和亞熱鍛溫度范圍內(nèi)都存在較適宜的鍛造加工溫度。37CrMnMo材料在同一溫度條件下,應(yīng)變速率越大(或同一應(yīng)變速率,溫度越高),晶粒尺寸就越均勻細(xì)小,但達(dá)到一定溫度后,動態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行完全后,晶粒就不斷長大;在較高功率耗散因子的非失穩(wěn)區(qū)條件下進(jìn)行熱加工能夠獲得晶粒較均勻細(xì)小的組織,在失穩(wěn)區(qū)進(jìn)行熱加工易發(fā)生流變失穩(wěn)、表面開裂或晶粒長大現(xiàn)象。2、通過對Ф101.6×8.38mm規(guī)格的鉆桿端部加厚成形工藝進(jìn)行分析,結(jié)果顯示隨著溫度梯度的減小,內(nèi)表面過渡區(qū)成形坡度逐漸變陡,內(nèi)側(cè)加厚長度越短,且溫度梯度為5.77℃/mm時出現(xiàn)的褶皺缺陷非常嚴(yán)重。石油鉆桿內(nèi)表面過渡區(qū)結(jié)束處的溫度基本上是在800℃左右,且在溫度梯度為19.81℃/mm時石油鉆桿內(nèi)表面過渡區(qū)表面質(zhì)量較好。針對Ф101.6×8.38mm石油鉆桿端部加厚工藝,當(dāng)溫度設(shè)定為1150℃,摩擦系數(shù)為0.3,第一工步的行程為105mm,第二工步凸模的行程為83.27mm時,能夠獲得質(zhì)量較好的內(nèi)表面。3、變形溫度對鍛件成形質(zhì)量的影響最大,而擠壓速度對模具磨損量和溫度梯度的影響較大,摩擦系數(shù)對最大等效應(yīng)力和最大等效應(yīng)變的影響程度較大。根據(jù)方差和極差分析,優(yōu)化石油鉆桿端部加厚成形中的工藝參數(shù),其最優(yōu)工藝參數(shù)組:摩擦系數(shù)為0.1,變形溫度為950℃,擠壓速度為10mm/s。根據(jù)優(yōu)化的工藝參數(shù),對石油鉆桿端部加厚成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到結(jié)果:最大模具磨損量、最大等效應(yīng)力、最大等效應(yīng)變、最大載荷及最大溫度梯度分別為7.13×10-6mm、329MPa、0.709、374.41kN、12.986℃/mm。與正交試驗中的結(jié)果對比,總體上石油鉆桿的成形性能得到改善。從而得出針對石油鉆桿37CrMnMo材料的亞熱鍛工藝較其他溫度范圍內(nèi)的鍛造工藝更好。4、基于相似理論研究了石油鉆桿端部加厚物理試驗過程,模擬材料選擇為塑性泥,模具材料選擇為鋁棒。使用塑泥在無潤滑和涂抹機(jī)油條件下進(jìn)行石油鉆桿端部加厚成形,其凸模在兩工步中的進(jìn)給量分別為102/85mm和98/89mm;最終鍛件內(nèi)表面加厚段和過渡段的長度分別為101/47mm和100/45mm。在物理試驗過程中,其成形規(guī)律和結(jié)果與數(shù)值模擬的基本吻合,故驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性和工藝設(shè)計的正確性,也為此工藝方案下的石油鉆桿實際生產(chǎn)提供了實驗依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：37CrMnMo 亞熱鍛 熱加工圖 數(shù)值模擬 物理模擬
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG316
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 選題的來源、背景和意義14-15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 37CrMnMo材料應(yīng)用與研究15-17
• 1.2.2 亞熱鍛成形技術(shù)17-19
• 1.2.3 石油鉆桿加厚成形工藝研究19-22
• 1.3 研究內(nèi)容22-23
• 第二章 37CrMnMo材料熱加工圖的建立及分析23-44
• 2.1 引言23
• 2.2 熱加工圖建立的理論依據(jù)23-26
• 2.2.1 功率耗散圖建立的依據(jù)23-25
• 2.2.2 流變失穩(wěn)圖建立的依據(jù)25-26
• 2.3 37CrMnMo材料高溫壓縮實驗26-31
• 2.3.1 實驗條件與方法26-27
• 2.3.2 實驗結(jié)果與分析27-31
• 2.4 37CrMnMo材料熱加工圖的建立31-35
• 2.4.1 功率耗散圖的建立32-33
• 2.4.2 失穩(wěn)圖的建立33-35
• 2.5 37CrMnMo材料熱加工圖的分析35-42
• 2.5.1 熱加工圖的分析35-37
• 2.5.2 變形材料的顯微組織演變與分析37-42
• 2.6 本章小結(jié)42-44
• 第三章 石油鉆桿端部加厚成形工藝分析44-56
• 3.1 引言44-45
• 3.2 石油鉆桿管端加厚成形過程中常見的缺陷45-46
• 3.3 石油鉆桿管端加厚成形工藝分析46-48
• 3.3.1 零件的分析46-47
• 3.3.2 成形方式的分析47-48
• 3.4 石油鉆桿管端加厚成形工藝模擬48-55
• 3.4.1 模擬方案48-49
• 3.4.2 石油鉆桿管端加厚成形模擬過程49-51
• 3.4.3 石油鉆桿管端加厚成形模擬結(jié)果分析及優(yōu)化51-55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第四章 工藝參數(shù)對石油鉆桿端部加厚成形性能影響及優(yōu)化56-80
• 4.1 引言56
• 4.2 工藝參數(shù)對石油鉆桿端部加厚成形性能的影響56-58
• 4.2.1 變形溫度56-57
• 4.2.2 擠壓速度57
• 4.2.3 摩擦系數(shù)57-58
• 4.3 正交優(yōu)化58-74
• 4.3.1 正交試驗法58-61
• 4.3.2 正交試驗設(shè)計61-63
• 4.3.3 結(jié)果分析及優(yōu)化63-74
• 4.4 優(yōu)化結(jié)果模擬及分析74-78
• 4.5 本章小結(jié)78-80
• 第五章 石油鉆桿端部加厚成形物理試驗80-93
• 5.1 引言80
• 5.2 常溫塑性模擬準(zhǔn)則80-81
• 5.3 材料的選擇81-82
• 5.4 模具制造82-86
• 5.4.1 模具材料的選擇82
• 5.4.2 模具尺寸以及加工82-86
• 5.5 石油鉆桿端部加厚成形物理試驗86-91
• 5.5.1 模擬方案86-87
• 5.5.2 模擬過程87-88
• 5.5.3 模擬結(jié)果及分析88-91
• 5.6 實驗驗證91-92
• 5.7 本章小結(jié)92-93
• 第六章 總結(jié)與展望93-96
• 6.1 總結(jié)93-94
• 6.2 展望94-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果100-101
• 致謝101-102

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