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21221字硕士毕业论文环热轧膨胀42CrMo钢的热物理性能分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:21221字
论点:成形,晶粒,变形
论文概述:

本文针对环件热辗扩成形中所用的铸态 42CrMo 钢,通过模拟与实验两种不同方法研究了该材料的热物理性能随温度的变化规律以及影响因素,并利用这些测得的热物理性能参数在 DEFORM 有限元模

论文正文:

绪方理论
1.1选题的背景和意义
作为生产无缝环件(如轴承环、法兰等)的先进制造技术。),环件热轧成形技术已广泛应用于航空航天、风力发电设备、船舶、石油、化工、国防科技等高科技领域[1】。传统的环件热轧工艺利用环件轧机等成形设备使锻造后的环件毛坯产生连续的局部塑性变形,从而实现壁厚的连续减薄和直径的逐渐增大。该工艺适用于生产各种形状和尺寸的环形零件。它具有设备吨位小、加工范围广、产品质量好的优点,是目前生产环件(特别是大型环件)的常用工艺。传统的环件热轧成形工艺包括熔炼、浇注钢锭、开坯、初锻、下料、镦粗、冲孔、热轧成形以及后续热处理和加工。整个生产过程漫长,镦粗冲孔过程中的材料浪费非常严重。在整个工艺流程中,需要多次反复加热,导致严重的能耗。同时,加热过程中产生的氧化皮也会造成材料浪费,并极大地影响成型零件的质量,不利于当前国家实施工业减排和低碳制造目标。近年来,太原科技大学受洛阳LYC轴承有限公司委托,致力于轴承套圈等大型环件生产新技术的研究。物理学和热力学毕业论文提出了一种通过短流程铸造和轧制精密成形金属环件的新技术。该工艺利用铸造得到的环件直接轧制成型,工艺流程包括熔炼铸造、环件毛坯制备、加热、热轧成型、热处理加工。与传统热轧工艺相比,环件短流程铸轧复合精密成形新工艺利用环件毛坯直接在环轧机上轧制成形,省去了原工艺的冲压工艺,节约了20 %- 30%的材料,省去了传统工艺中锻造毛坯物理和热力学的硕士论文顺序。它不仅减少了坯料的加热次数,而且提高了生产效率,节约了能源和人力,有利于节能减排和清洁生产。特别是对于大型环件的生产,是一种高效、节能、节材的新型环件生产工艺,发展潜力巨大,推广应用前景广阔,[3-5]。
然而,铸轧复合成形过程中使用的铸态钢(本文中的铸态42CrMo钢)成分偏析严重,夹杂物分布不均匀,其显微组织在热轧过程中不断变化,对产品的最终力学性能有很大影响。因此,深入研究铸态材料在热轧过程中微观组织的热物理性质对指导实际生产具有重要意义,也为后续利用DEFORM-3D有限元分析软件对环件轧制过程进行数值模拟提供了一种直接可靠的热论文标题格式。目前,我国对铸态42CrMo钢热物理性能的研究基本处于空白质阶段,相关文献仅有铸态42CrMo钢的热物理参数数据。这个主题很好地弥补了这个缺陷。本文研究的42CrMo钢是一种常见的中碳合金钢,属于超高强度钢。它具有高的强度和韧性,良好的淬透性,无明显的回火脆性,高温下蠕变强度和持久强度高,淬火回火处理后疲劳极限大,耐多重冲击,低温冲击韧性好。因此,42CrMo钢经常被广泛用于制造比35CrMo钢强度更高、调质截面更大的锻件,如增压器传动齿轮、后桥、机车牵引用大齿轮、深井钻杆接头、承受较大载荷的连杆和打捞工具等。现在它也逐渐应用于大型轴承环构件[6】。
1.2国内外研究现状
1 . 2 . 1 42CrMo钢热变形行为及组织性能研究
国内研究者对42CrMo钢的热变形行为和热物理模拟进行了以下相关研究:林永诚等人系统研究了锻造42CrMo钢的热变形行为,得到了材料的应力应变曲线,深入分析了变形温度、变形速度和变形程度对其动态再结晶、亚动态再结晶和静态再结晶的影响,建立了材料[7-8]的数学模型。罗刚等人在Gleeble-1500热模拟实验机上对42CrMo钢试样进行了等温恒应变速率热压实验,详细分析了42CrMo钢的几个重要变形参数对42CrMo钢热变形时流变应力的影响,建立了42CrMo钢的峰值流变应力方程,并将实验峰值应力与[9]模型预测的峰值应力进行了比较。肖金文等人在热物理模拟试验的基础上,深入研究了42CrMo钢在不同变形速率和变形温度下热压变形时流变应力的变化规律。用线性回归数学方法测定了42CrMo钢的应变硬化指数和变形活化能,并通过拟合试验数据[10得到了42CrMo钢在高温条件下流变应力的本构方程。魏军等人使用理学硕士。Marc有限元模拟软件对连铸方坯和连轧42CrMo圆钢的过程进行三维热力耦合模拟。通过对成形过程中应力场、应变场、温度分布、轧制力和轧制扭矩变化特征的分析,发现42CrMo合金钢轧制过程中容易出现圆角裂纹的主要原因是该区域总等效应变、等效应力和温度降较大,[11]。
国内对42CrMo钢热处理及组织性能的研究现状如下:赵玲玲等人采用有限元模拟和热压实验相结合的方法,研究了42CrMo钢热处理过程中临界变形、多道次压下、道次间隔时间和完全再结晶保温时间对奥氏体晶粒长大的影响。阐明了在热变形过程中增加道次降低和缩短道次间隔时间有利于合金钢[2的晶粒细化。余德和分析了冷却条件对42CrMo钢组织和性能的影响。研究表明,随着冷却速度的增加,42CrMo钢的组织变化为多边形铁素体组织、针状铁素体组织、上贝氏体组织和板条马氏体混合组织。如果冷却速度在高温区域太高,将形成网状铁素体结构,而如果冷却速度太慢,将形成块状铁素体结构,这两者都将降低42CrMo钢[13]的机械性能和机械性能。周杰等人采用热机械耦合和刚粘塑性有限元方法,对42CrMo钢支座的变形和动态再结晶进行了热机械耦合模拟。结果表明,晶粒尺寸为18.6 ~ 22.1 μm的金属占最大体积百分比,为28.962%,约67.244%的金属经历了完全动态再结晶。此外,锻件重要应力区的内部晶粒尺寸略大于锻件底部和顶部的晶粒尺寸,这是由于在成形过程中内部长时间处于高温状态时晶粒的二次生长造成的,[4]。
第二章模拟铸态42CrMo钢的热物理性能参数……7
2.1数值模拟方法概述...................7
2.2 JMAPTRO软件的介绍……7
2.3JMatPro初始参数设置……9
第三章铸态42CrMo钢热物理性能的实验研究..............................25
3.1激光导热仪介绍……25
3.2激光导热体的实验原理……26
3.3实验结果和分析……28
第四章对仿真结果和实验结果进行了对比分析...................33
4.1铸态42CrMo钢热导率与温度的关系曲线……33
4.2铸态42CrMo钢比热容-温度曲线……34
4.3铸态42CrMo钢热扩散系数与温度的关系曲线............................35
结论
本文采用模拟和实验两种不同的方法,研究了环件热轧成形用铸态42CrMo钢材料热物理性能随温度的变化规律及其影响因素。利用这些实测的热物理性能参数,在DEFORM有限元模拟软件中建立了铸态42CrMo钢的材料模型。最后,对环件轧制过程数值模拟的后处理结果进行了分析。本文的主要结论如下:1 .利用JMatPro软件模拟了铸态42CrMo钢的导热系数、比热容和热扩散系数,得到了它们随温度的变化曲线,并深入探讨了温度、晶粒尺寸、显微组织相变和微量元素含量对这些热物理性能参数的影响机理。
热导率随着温度的升高而降低。比热容在700℃左右有一个突然的峰值,去掉这个点后有增加的趋势,高于1000℃后达到0.78 J/(k g)的固定值。热扩散系数经历了突变阶段和稳定阶段:突变阶段发生在500℃ ~ 800℃,热扩散系数经历了急剧下降后的快速反弹过程,在700℃左右达到最低值。稳定阶段在800℃至1200℃之间,热扩散系数呈单调增加趋势,增加相对平缓。
晶粒尺寸越大,热导率越小。
(3)铬和锰的含量与铸态42CrMo钢在高温下的导热系数和热扩散系数成反比。锰对热导率和热扩散系数的影响大于铬。钼元素对热导率和热扩散系数影响不大。微量元素含量对比热容的影响有限。
(4)铸态42CrMo钢显微组织发生相变时,比热容和热扩散系数都发生突变:比热容在相变温度范围内达到峰值;温度范围急剧下降后,热扩散系数迅速回升。
参考
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