GCr15轴承铸坯径向热辗扩微观变形与孔洞缺陷基础研究

摘要

中小型轴承环件（套圈）作为中小型轴承的基体组件，广泛应用于各类机械设备领域。中小型轴承环件的传统塑性加工工艺主要包括锻造制坯工序（下料、镦粗、冲孔等）和径向辗扩工序。而轴承铸坯径向热辗扩成形工艺，是铸辗复合新工艺中针对中小型轴承环件成形的一种低碳高效成形的新工艺。新工艺将传统中小型环件成形工艺中冗长复杂的锻造制坯改进为铸造制坯，大幅度缩短了工艺流程，提高了材料利用率，降低了废气排放，具有很高的经济效益和环境效益。但目前，铸坯径向热辗扩新工艺的研究还处于起步阶段，国内外研究基本处于空白，相应的指导理论不足，还难以得到应用与推广。针对此现状，本研究对GCr15轴承铸坯径向热辗扩工艺进行了相关基础研究。研究重点围绕GCr15轴承铸坯热辗扩过程中铸态组织转变和铸造缺陷改善两大关键问题开展，以期为新工艺的进一步研究与应用提供一定的理论指导和科学依据。
　　对于铸态组织转变方面，通过数值模拟技术建立了GCr15铸坯径向热辗扩微观组织有限元模型，研究了铸坯热辗扩过程中微观组织的演变行为。首次提出了晶粒细化极限的概念，并对晶粒细化极限进行了理论探究，从应变和Z-H系数两个方面对晶粒细化极限进行了讨论。晶粒细化极限的提出对于铸态环件热辗扩过程中晶粒尺寸的控制具有非常重要的作用。开展了GCr15铸坯径向热辗扩工艺实验，对成形后环件进行了金相测试，探究了不同变形量下环件晶粒尺寸的演变规律。研究结果对于铸坯热辗扩过程中晶粒尺寸的控制具有重要意义。
　　对于铸造缺陷改善方面，以球形孔洞为研究对象，通过数值模拟技术建立了GCr15铸坯球形孔洞有限元模型。通过建立球形孔洞局部坐标系，研究了球形孔洞的基本演变行为，并探究了影响球形孔洞演变的主要因素，揭示了工艺参数对球形孔洞演变的影响。通过比较球形孔洞和柱形通孔的演化行为，提出了球形孔洞演变的理论假设，并对假设进行了验证，以此建立了球形孔洞的形状变化预测模型。设计并开展了孔洞演变实验，进一步探究了铸坯孔洞缺陷在热辗扩过程中的演变规律。

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第1章 绪论

1.1 轴承环件的传统制造工艺

1.2 轴承环件的铸辗复合成形新工艺

1.3 轴承环件成形工艺研究现状

1.4 课题来源、目的和意义

1.5 本文主要研究内容

第2章 GCr15轴承铸坯径向热辗扩微观变形规律

2.1 GCr15铸坯热辗扩微观组织演化仿真建模

2.2 GCr15铸坯热辗扩过程微观组织演化行为

2.3 GCr15轴承铸坯热辗扩晶粒细化极限研究

2.4 基于微观组织优化控制的工艺参数选择与优化

2.5 GCr15轴承铸坯微观组织演化实验

第3章 GCr15轴承铸坯径向热辗扩孔洞缺陷演变规律

3.1 铸坯常见缺陷

3.2 三维热力耦合有限元建模

3.3 孔洞演变行为探究

3.4 孔洞演变的影响因素

3.5 球形孔洞形状演变预测模型

3.6 热辗扩工艺参数对球形孔洞演变的影响

3.7 铸坯热辗扩孔洞演变实验

第4章 结论与展望

4.1 研究结论

4.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果