【摘 要】
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Custom 450高强度不锈钢兼备了高强度、耐腐蚀性以及良好的塑、韧性和机加工性能,因此被广泛地应用于航空、航天以及蒸汽轮机、食品加工等军民用领域。近些年,随着我国高端装备的快速发展,对该钢的异形截面的型材有了较大的需求,综合考虑了型材的成材率和生产成本等因素,现阶段一般采用热挤压的工艺方法,然而Custom 450钢具有合金含量高,导热性能差、高温变形抗力大以及成形温度区间窄等特点,给热挤压成
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Custom 450高强度不锈钢兼备了高强度、耐腐蚀性以及良好的塑、韧性和机加工性能,因此被广泛地应用于航空、航天以及蒸汽轮机、食品加工等军民用领域。近些年,随着我国高端装备的快速发展,对该钢的异形截面的型材有了较大的需求,综合考虑了型材的成材率和生产成本等因素,现阶段一般采用热挤压的工艺方法,然而Custom 450钢具有合金含量高,导热性能差、高温变形抗力大以及成形温度区间窄等特点,给热挤压成形带来了一定的难度。本文以Custom 450钢的异形截面挤压材为研究对象,借助Gleeble热压缩实验研究了Custom 450钢的热变形行为,并在对挤压模具优化设计的基础上,采用数值模拟计算与工业实施相结合的方法,研究了热挤压成形过程中宏观场量的演变规律,优化了挤压方案及工艺参数,主要研究成果如下:第一,基于热模拟压缩实验,研究了Custom 450钢在变形温度为900~1200℃,应变速率为0.01~10 s-1参数范围内的热变形行为,建立了动态再结晶动力学方程、临界应变(εc)、峰值应变(εp)及动态再结晶晶粒尺寸(dDRX)与Zener-Holloman参数(Z)的定量关系,构建了Murty失稳判据下的热加工图,确定了该钢最佳的热变形区间:变形温度范围为1050~1200℃,应变速率范围为0.1~1 s-1和变形温度范围为1100~1200℃,应变速率范围为1~10 s-1。第二,设计了截面为“J”形的异形材挤压成形方案,借助DEFORM-3D有限元软件模拟计算了其热挤压成形过程,并通过正交试验方法,确定了坯料预热温度为1200℃、挤压速度为230 mm·s-1、挤压比为11.15的最优工艺。结果表明,在此工艺下制备的“J”形截面的挤压材形状完整,未有裂纹等缺陷产生,不同位置的取样分析结果显示晶粒度为5~6级,实现了J型材的组织均匀性控制,但型材长度方向仍有部分微曲,尺寸精度不够。第三,为了改善“J”形截面的控形问题,设计了截面为“凹”形的异形方管挤压成形方案,并采用DEFORM-3D有限元软件计算研究了其热挤压过程,得出了坯料预热温度为1200℃,挤压速率为180 mm·s-1的最佳工艺参数。结果表明,采用截面为“凹”形的挤压成形方案和其优化的工艺参数,可生产出平直度好,尺寸精度高,无裂纹等缺陷的挤压材,同时可获得6~7级均匀晶粒以及抗拉强度波动Cv值为0.17%的最佳匹配。
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