軸承套圈、法蘭等環(huán)形零件作為關鍵連接、傳動、回轉和支承結構件,在航空航天、風力發(fā)電、高鐵、船舶和高檔數(shù)控機床等重大裝備制造領域應用非常廣泛。環(huán)形零件的生產是一種高能耗的熱加工過程,傳統(tǒng)生產工藝主要有兩種:（1）厚板軋制—彎卷—焊接成形,該工藝下環(huán)件焊接部位應力集中明顯,在高壓、強腐蝕等惡劣服役條件下為弱性能區(qū);（2）通過冶煉—澆鑄—加熱—錠坯開坯—下料—圓棒加熱—鍛造—沖孔—加熱—環(huán)坯熱輾擴來實現(xiàn)環(huán)件生產,該工藝流程冗長,開坯、鍛造和沖孔工序設備資金投入巨大,多次加熱導致能源消耗和材料浪費嚴重,不利于環(huán)境友好型生產。環(huán)件熱輾擴過程中的傳熱-變形-組織演變耦合行為使得環(huán)坯經(jīng)歷了多場、多因素作用下多道次、連續(xù)局部加載與卸載、不均勻變形和微觀組織復雜演變歷程,對成形環(huán)件的外形尺寸、組織和力學性能均產生顯著影響。隨著環(huán)件應用向著大型、輕量、重載和長壽命方面逐步發(fā)展,對其高性能、精確成形與低成本制造提出了更高要求。近年來得到重點研究并取得長足發(fā)展的環(huán)形零件短流程鑄輾復合成形技術以砂型鑄造或離心鑄造獲得的環(huán)形鑄坯加熱后直接進行輾擴為基礎,省去了開坯、鍛造和沖孔,只需要一次加熱,具有工藝流程短和節(jié)能... 

【文章來源】：材料導報. 2020,34(19)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

不同初始輾擴溫度下的動態(tài)再結晶晶粒尺寸分布:

在環(huán)件徑軸向輾擴過程中,復雜的應力和應變狀態(tài)及其不可預知性將會引起復雜的織構演變,影響環(huán)件的各向力學性能[52]。晶體塑性有限元法可以在介觀尺度上將微觀多晶體與每個材料或連續(xù)質點聯(lián)系起來,對織構演變規(guī)律和各向性能進行模擬[53]。在率相關理論中晶格轉動與織構具有唯一性,Asaro等[54]采用率相關多晶模型成功預測了單相面心立方晶體在不同應力應變路徑下的變形織構。為研究具有初始各向同性的OFHC銅合金鍛造過程,Kalidindi等[55]提出了一種預測坯料鍛造過程晶體織構演變的方法,關鍵在于采用各向同性塑性法計算各質點的局部變形梯度。Lehmann等[56]給出了一種由人工晶粒結構構成的多晶材料模型,模擬具有初始織構的鐵素體DC04鋼冷軋過程中的織構變化,通過EBSD和原位EBSD拉伸測試得出,織構演變模擬結果與試驗結果吻合較好。Lehmann等[57]結合Taylor模型與有限元法定量預測了IF鋼鐵素體區(qū)冷軋織構演變,該方法未澄清其是否能夠準確預測晶粒內的不均勻變形和織構演變時的大角晶界遷移特征。與環(huán)件輾擴所具有的非對稱變形特征類似,采用完全約束Taylor模型可以模擬Fe-3%Si板材高溫異步軋制中的厚度截面上的剪切織構,織構演變受板材瞬時幾何形狀和摩擦因數(shù)影響[58]。為了從織構演變角度研究環(huán)件輾擴中的組織演變機制,Li等[52,59]基于晶體塑性理論提出了一種穩(wěn)健的多晶塑性模型,實現(xiàn)了100Cr6環(huán)件輾擴織構模擬,并預測了復雜多道次輾擴過程中的織構演變特征,如圖6所示。由圖6可見,成形環(huán)件具有很強的高斯織構{110}〈001〉,環(huán)坯初始織構對輾擴環(huán)件織構類型影響不大,輾擴后期織構演變速率加快導致該階段環(huán)件尺寸快速增大,剪切變形是主要的輾擴變形機制。因此,晶體塑性有限元模擬可以有效分析環(huán)件輾擴成形中的織構演變規(guī)律和揭示微觀組織演變機理,但還需要探明晶體取向和織構特征在環(huán)形鑄坯熱輾擴過程中的演變機理,以及與工藝參數(shù)之間的關系。3 環(huán)形鑄坯熱輾擴過程中組織-織構-性能協(xié)同調控研究

武漢理工大學錢東升等[27-28]研究了初軋溫度、軋制比和鑄坯晶粒尺寸對鑄造GCr15軸承環(huán)件徑向熱軋過程中晶粒演變的影響。實驗結果發(fā)現(xiàn):初軋溫度越高,近中層粗晶區(qū)細化程度越大,全厚度晶粒分布越均勻,且細化速度越快;軋制比在一定范圍內增加可提高晶粒細化程度,超過一定范圍,其細化效果減弱,且軋制比較大時受軋制高溫影響可能引起晶粒粗化;鑄坯晶粒尺寸對晶粒細化極限的影響不明顯。因此,獲得了環(huán)件全厚度區(qū)域晶粒細化的極限值,即軋制過程晶粒尺寸演變存在細化、穩(wěn)定和粗化行為,近中層細化極限最大、細化程度最小,內表面細化極限最小、細化程度最大。西北工業(yè)大學郭良剛等[26]通過建立42CrMo鑄坯環(huán)件熱輾軋的宏-微觀有限元模型,闡明了驅動輥轉速對再結晶晶粒尺寸及其分布的影響規(guī)律與機制:動態(tài)再結晶百分數(shù)在環(huán)件內、外層高而使晶粒細化,在環(huán)件中間層低導致粗晶;驅動輥轉速增大,動態(tài)再結晶百分數(shù)增加,晶粒尺寸減小,而晶粒尺寸分布均勻性受驅動輥轉速的影響不明顯。秦芳誠等[60]采用萬能摩擦磨損試驗機考察了載荷、滑動速度等工況條件對42CrMo鋼鑄輾復合成形環(huán)件摩擦磨損性能的影響,并結合SEM技術揭示了其磨損機制:環(huán)件體積磨損量隨滑動距離的延長不斷增加,磨損量隨載荷、滑動速度的增大而增加;摩擦系數(shù)隨滑動速度的提高而降低,隨載荷的增大先減小后增大;載荷為100 N、滑動速度為0.78 m/s時,耐磨性能較好,磨損機理主要為磨粒磨損和粘著磨損,在大載荷、高滑動速度下,發(fā)生嚴重塑性變形,耐磨性能降低,如圖9所示。圖8 42CrMo鋼鑄坯熱輾擴環(huán)件微觀組織:

【參考文獻】：
期刊論文
[1]離心鑄造雙金屬復合管缺陷及控制[J]. 王冬林,吳金輝,蔡彬,李富強,王志鵬,李安強,王文嘉.  特種鑄造及有色合金. 2018(03)
[2]基于鑄坯的42CrMo環(huán)件輾擴成形工藝熱力耦合分析[J]. 李永堂,丁雙鳳,付建華,賈璐.  材料熱處理學報. 2017(01)
[3]基于鑄輾連續(xù)成形的42CrMo鑄造環(huán)坯高溫力學性能及臨界應變計算[J]. 武永紅,李永堂,齊會萍,付建華.  機械工程學報. 2017(06)
[4]42CrMo鋼軸承環(huán)件鑄輾成形及淬回火組織性能研究[J]. 秦芳誠,齊會萍,李永堂,尉瀟健.  機械工程學報. 2017(02)
[5]碳擴散對SUS304+Q235B復合板卷軋制結合性能的影響[J]. 陳育生,杜順林,寧德宇,張竹明.  鋼鐵研究. 2016(02)
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[9]基于鑄輾復合成形的25Mn鋼法蘭熱處理工藝的試驗研究[J]. 秦芳誠,李永堂,齊會萍,杜詩文.  機械工程學報. 2014(14)
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碩士論文
[1]25Mn鑄環(huán)坯徑軸向熱輾擴成形數(shù)值模擬與工藝研究[D]. 鄧潮鴻.太原科技大學 2015
[2]基于鑄態(tài)Q235B環(huán)件熱輾擴成形工藝數(shù)值模擬研究[D]. 蔡中祥.太原科技大學 2015
[3]環(huán)件鑄輾復合成形多場耦合作用下建模與仿真[D]. 丁雙鳳.太原科技大學 2014
[4]環(huán)件鑄輾復合成形中Q235B鋼熱變形及組織演變研究[D]. 秦芳誠.太原科技大學 2014
[5]鑄態(tài)Q235B鋼法蘭環(huán)件熱輾擴成形工藝研究[D]. 韓素平.太原科技大學 2014
[6]鋁合金環(huán)件徑—軸向軋制成形控制技術研究[D]. 王恒強.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[7]基于鑄坯的環(huán)件熱輾擴成形工藝數(shù)值模擬[D]. 張鋒.太原科技大學 2011
[8]冷軋環(huán)件微觀組織演變規(guī)律研究[D]. 邵一川.武漢理工大學 2010



本文編號：3491327