【摘 要】
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大型锻件强度高、结构完整,广泛应用于电力、船舶、冶金、石化、重型机械和国防等工业领域。大型锻件的制造过程是重大装备制造业的关键技术之一,其质量好坏直接影响设备运行的可靠性和最终产品的性能,是发展先进装备制造业的基础。大型锻件所要求的各项力学性能都比较高,而这些指标通常是通过热机械加工和随后的热处理来保证的。但大型锻件的制造工艺复杂,且由于体积较大,很容易出现组织缺陷、应力集中等问题。在微观层面上,
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大型锻件强度高、结构完整,广泛应用于电力、船舶、冶金、石化、重型机械和国防等工业领域。大型锻件的制造过程是重大装备制造业的关键技术之一,其质量好坏直接影响设备运行的可靠性和最终产品的性能,是发展先进装备制造业的基础。大型锻件所要求的各项力学性能都比较高,而这些指标通常是通过热机械加工和随后的热处理来保证的。但大型锻件的制造工艺复杂,且由于体积较大,很容易出现组织缺陷、应力集中等问题。在微观层面上,热加工时的热变形行为受多种变形机制影响,内部组织、结构都会发生变化,导致最终产品性能发生变化。在科学技术发展的今天,可以使用数值模拟方法简化问题,指导优化生产加工工艺参数。本文针对大型风电主轴用42CrMo钢开展热变形和热处理过程的数值模拟仿真,目的是建立材料的本构方程和热处理过程优化。42CrMo钢是制造大型锻件的常用材料,可加工性好,性能优异。本文使用42CrMo钢作为实验材料,根据变形温度850℃、950℃、1050℃,应变速率0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1下的热压缩实验结果,研究其在不同条件下的热变形行为。发现其热变形过程中加工硬化和动态软化同时发生,曲线呈现典型的动态再结晶特征。在相同变形量下,流变应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大。依据42CrMo钢热压缩的真应力-应变曲线构建现象学与物理基结合的本构模型,并从指标分析、数据比较和组织验证三方面对模型的准确性进行评价,发现与动态回复、动态再结晶结合的Arrhenius模型准确性更高,预测能力更好。在此基础上,计算了热物性参数、力学性能参数和相变参数,构建了针对42CrMo钢热变形和热处理模拟用数据库。使用Deform-3D软件,模拟分析了 42CrMo钢在900℃,应变速率0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1下热压缩行为。模拟出的真应力-应变曲线与实际实验曲线吻合得较好,且模拟预测的动态再结晶体积分数与根据金相图估算的值基本一致,证明所构建的本构方程准确性较高。在Deform-HT模块中进行42CrMo钢的末端淬火模拟。模拟过程中,端淬面温度下降迅速,表面与心部温度变化相差不大。工件发生奥氏体转变,端淬面处马氏体含量较高。模拟预测的残余奥氏体含量与根据实验计算的数值比较接近,预测的硬度值与实验值基本相符。说明根据42CrMo钢数据库模拟端淬过程可靠有效,可根据模拟结果分析热处理过程、改进生产加工工艺参数。
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