300M高强钢加热晶粒尺寸演变研究

摘要

大锻件的生产一般需要经历多次加热、多次变形。大锻件上存在一些没有发生变形或者极小变形却被反复加热的区域，导致晶粒粗化，影响锻件质量。因此，本文研究了300M钢在保温下的晶粒尺寸演变规律，得到了晶粒尺寸与保温温度、保温时间、初始晶粒尺寸及初始应变量的关系，建立了相关模型，然后通过时间差分的方式，建立了变温晶粒长大模型，并集成在Deform中，实现了锻件加热过程晶粒尺寸演变的数值模拟，为大锻件加工全流程的晶粒控制提供依据。
　　首先，对300M钢分别在不同保温温度和保温时间下进行等温保温实验，获得各保温参数下的保温晶粒尺寸。可以发现，平均晶粒尺寸随保温温度的升高而增加，且增长速率随温度的升高而增大，整体上呈指数函数形式；随保温时间的增加而增大，但随着时间的延长，最终晶粒长大基本趋于稳定，即晶粒有限长大，且保温温度越低晶粒尺寸越早趋于稳定。
　　通过1150℃时的保温对比试验，可以发现中间淬火对保温过程的晶粒尺寸影响很小，基本可以忽略。由此提出了一种实验数据变换的方法，可以减小实验组数，得到不同初始晶粒度下的试样在各保温参数下等温保温后的平均晶粒尺寸。最终，由实验数据拟合出等温保温下的晶粒尺寸模型，与其他模型对比，精度更高。
　　考虑到锻造道次间加热过程晶粒尺寸变化可能还会受到前道次变形的影响，因此在已建立的晶粒长大模型的基础上进行改进。通过不同初始应变下的保温实验得到应变对晶粒尺寸演变的影响，拟合出包含初始应变的晶粒尺寸模型，与实验值对比，模型误差为2.49％。
　　最后将建立的晶粒长大模型集成于Deform软件中，通过变换后写入自定义变量，模拟得到飞机前起落架外筒在制坯过程中晶粒尺寸的演变过程，发现长期保温下的坯料表面与心部晶粒尺寸差异不大，粗化严重；而保温时间较短的坯料仅仅表面晶粒粗化，内部的晶粒尺寸长大很少。不论是加热还是冷却过程，晶粒长大对温度都非常敏感，晶粒尺寸的增长速率严格符合在高温下的停留时间。根据这些规律对现有加热曲线在提高加热速率和减少保温时间方面加以改进，达到控制晶粒效果。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 高强钢发展及300M钢热成形研究现状

1.3微观组织演变模拟方法

1.4晶粒长大研究现状

1.5课题来源及研究内容

2 300M钢高温保温实验

2.1 实验材料

2.2 实验方案

2.3表征方法

3 加热条件下的300M钢晶粒尺寸演变规律

3.1加热参数对晶粒尺寸演变的影响

3.2 实验数据变换处理

3.3等温晶粒尺寸演变模型

3.4变温晶粒尺寸演变模型

3.5 本章小结

4 带初始应变的300M钢保温晶粒尺寸演变规律

4.1初始应变对晶粒尺寸演变的影响

4.2带应变的晶粒尺寸演变模型

4.3 本章小结

5 300M钢加热晶粒尺寸演变数值模拟

5.1 晶粒尺寸演变模型集成

5.2 模型验证

5.3 飞机前起落架外筒制坯过程晶粒尺寸演变模拟

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文