50Mn钢环轧运动学和成形工艺及组织性能演变规律的研究

摘要

50Mn回转支承环件是一种新型机械零部件，由于其弹性和硬度均较高、耐腐蚀、耐高压，因而广泛地应用到机械制造行业中。径-轴向环件轧制作为50Mn回转支承环件的主要成形工艺，由于其环轧过程受到多个非线性因素耦合以及多变量作用的影响，对环件轧制成形的质量有着重要的影响。制定合理的环轧工艺方案，实现精确地控制环件的几何形状和微观组织，可为环件质量的提高提供科学的参考依据。但实际生产中往往基于环件的宏观尺寸变化，通过设置其工艺参数来控制环件的成形过程。
　　本文在环件轧制理论的基础上，通过数学方法推导出了环件直径增大运动、环件旋转运动、直线进给运动、导向辊的导向运动等运动方程，然后由运动方程得出理论上影响其运动的主要因素，通过案例分析，很好地解释了导致环件被导向辊压弯的原因并给出了合理的避免措施。采用环件轧制理论与有限元仿真技术相结合，研究了环件在环轧过程中金属流动规律、位移场、温度场的变化规律；应用Simufact.Forming13.3软件研究分析了环轧过程中驱动辊转速n、环件的初始温度T、驱动辊与环件的剪切摩擦因子m对环件宏观成形过程的影响。通过对50Mn环件在环轧过程中变形、传热的数值模拟分析研究，得到了金属流动、位移场、温度场的变化规律：环轧过程中环件外侧面金属径向流动剧烈，中径附近区域金属流动次之，内径附近区域金属流动最慢；环件的等效塑性应变由环件内外侧表面区域向环件中间区域逐步扩展，内外侧表面区域变形程度较大，中间区域变形程度较小；环件的温度由中间区域向环件内外侧逐渐降低，环件内外侧、上下端表面的温度较低，中间区域的温度较高。然后运用单参数变量法，通过有限元仿真研究了不同的驱动辊转速、环件初始温度以及驱动辊与环件的摩擦因子对环件的位移场、温度场分布的影响规律：驱动辊转速增大，环件等效塑性应变、温度的非均匀度程度值增大；环件初始温度升高，环件等效塑性应变的非均匀程度值先减小后增大，温度的非均匀程度值先增大后减小；驱动辊与环件的摩擦因子增大，使得环件的等效塑性应变、温度的非均匀度程度值增大。最后通过实验得到50Mn钢在生产过程中组织性能演变规律，调质态试样强韧性结合较好，锻压态试样次之，轧制态试样较差，但轧制态试样晶粒较细小，锻压态试样次之，调质态试样较粗大，同时也验证了环件矩形截面上位移场和温度场的分布。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 环件轧制工艺简介

1.3 环件轧制研究现状

1.4 课题的来源、目的和意义

1.5 本文研究内容

1.6 本文研究方法

第二章 环件轧制成形性分析及刚/粘塑性有限元概述

2.1 环件轧制成形性分析

2.2 案例分析

2.3 刚/粘塑性有限元理论概述

2.4 本章小结

第三章 径-轴向环件轧制运动学

3.1 轧制曲线

3.2 环件直径增大运动

3.3 环件旋转运动

3.4 直线进给运动

3.5 导向辊导向运动

3.6 案例分析

3.7 本章小结

第四章 50Mn环件轧制工艺研究

4.1 引言

4.2 50Mn环件的材料模型

4.3 研究思路和有限元模拟参数设置

4.4环轧时金属流动变化规律

4.5 环轧过程中场变量的变化规律

4.6 工艺参数对环轧过程的影响

4.7 本章小结

第五章 热加工过程及热处理后环件的力学性能以及显微组织变化

5.1 生产设备和实验设备

5.2实验内容

5.3 金相组织分析

5.4 力学性能试验

5.5 断口分析

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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