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2.25Cr1Mo0.25V钢变形过程中缺陷控制的模拟研究

张少杰  
【摘要】:随着科技、经济的快速发展,电力、化工、造船、军工等工业装备不断趋向于大型化、高性能,因而关键大锻件所需钢锭也越来越大。大锻件通常的工作条件差,载荷大,安全可靠性要求高,因此质量要求也极为严格。可是,随着钢锭尺寸的不断增加,疏松、缩孔的缺陷也更为严重,这种凝晶缺陷的存在破坏了金属的连续性,容易使锻件内部形成应力集中与裂纹等。因此,研究疏松的压实,探索疏松压实效果的条件,提高锻件的致密性,将有助于提升锻件的质量,如安全可靠性。 为了全面研究锻件内部的疏松缺陷在锻造过程中的变化,本文运用数值模拟与物理模拟相结合的方法,应用有限元软件DEFORM建立模型进行数值模拟,通过应力三维度,罗德系数及空穴扩张比研究锻件内部各个区域的力学行为;然后用物理模拟实验去验证,本文试验材料2.25Cr1Mo0.25V钢取自于二重的240吨大型钢锭芯部,此处疏松应最为严重,如若压实此处疏松,则其他部位将能得到致密性的结构,为了更符合实际,按照锻造主变形工序进行试验,并且采用当前cus系列的超声波探伤仪进行检测工件,确定材料内部的疏松缺陷的位置;通过先前的数值模拟和锻造试验对比,验证所提出结论的正确性。本文的主要研究内容及结论如下:(1)在单工步镦粗高径比为1.5的情况下,压下量为30%时,心部的应力三维度的值为负值,处于三向压应力状态,罗德系数为正值,处于压缩类变形,将有利于缺陷的闭合或者锻合。当压下量到达40%时,侧表面的应力三维度为正值,处于拉应力状态,而罗德系数为负值,是伸长类变形,且空穴扩张比的值为0.563,较大,将有进一步扩大疏松缺陷的趋势;(2)在单工步拔长时,砧宽比W/H为0.8和料宽比B/H为1情况下,拔长时的双面压下量为20%时,在砧子下面心部没有不会出现横向拉应力,此处处于压应力状态,且处于压缩类变形,将有利于疏松缺陷的闭合或锻合。(3)经过多次的墩、拔数值模拟,在前面研究单工步镦粗、拔长的基础上,研究连镦连拔,心部经过两墩两拔时,心部的应变较大,且是压缩类应变,应力三维度的值为负值,是处于压应力状态,此区域将有利于疏松缺陷的闭合。通过物理试验得出了经过连镦连拔之后,坯料中心部位的疏松已压实,且随着锻比的增大,晶粒的变化更加均匀。


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