49MnVS3非调质钢热变形过程微观组织演变的数值模拟及实验研究

摘要

在全球节能减排的大环境下，非调质钢由于其无需后续调质处理的加工特点，越来越受到汽车工业的青睐。目前大部分汽车锻件如曲轴、连杆、转向节、半轴等都已采用非调质钢进行制造，该类零部件的工作环境比较恶劣，对产品的综合力学性能也有着较高的要求。良好的综合力学性能由锻件最终的微观组织结构所决定，由于非调质钢无需后续热处理的特点，因此研究非调质钢成形过程中的微观组织演变规律，并实现对其的预测及控制，可以有效的减少研究成本及提高产品质量，对我国非调钢的应用和发展有着重要的意义。　　本文在以往的研究基础上对49MnVS3非调质钢的微观组织演变进行了更深入的研究。通过单道次压缩实验建立了49MnVS3非调质钢的动态再结晶晶粒尺寸模型。通过大量、不同工艺的双道次热模拟压缩实验对49MnVS3非调质钢在道次间的高温停留过程中的微观组织演变规律进行系统的研究，并建立相应的静态再结晶模型，亚动态再结晶模型及晶粒长大模型，对所建立的晶粒尺寸模型都进行了预测值与实验值的对比，结果显示所建立的晶粒尺寸模型其预测结果与具体实验值吻合较好，可靠度较高，使得49MnVS3非调质钢的微观组织演变模型更加完善。　　在此基础上对49MnVS3非调质钢的微观组织演变模型进行调整，并对DEFORM3D软件进行二次开发建立变形-传热-微观组织耦合数值分析系统。其后对某49MnVS3非调质钢轿车曲轴锻件成形过程进行变形-传热-微观组织耦合分析。　　分析结果表明，预锻过程中动态再结晶行为大大降低奥氏体晶粒尺寸，预锻结束时坯料整体有75％部分发生了完全动态再结晶，平均晶粒尺寸细化到34μm。预锻与终锻之间的间隔高温停留时间结束后，锻件整体有42%的区域发生了亚动态再结晶，但由于后续的晶粒长大行为促使晶粒粗化。终锻过程结束后有47.8%的区域发生了动态再结晶，且锻件的平均晶粒尺寸细化到42.5μm，晶粒细化程度小于预锻过程。终锻结束后的高温停留时间内完全亚动态再结晶的区域达到50%，而静态再结晶发生的区域只有3%。停留结束后坯料整体的平均晶粒尺寸因为晶粒长大的作用上升到47.5μm，选取不同特殊点与实际生产的锻件的微观组织进行对比，结果显示模拟预测结果和实际生产结果较为吻合。模拟结果表明：平衡块及法兰盘处的平均晶粒尺寸相对较小，而主轴处及连杆颈处的晶粒尺寸明显偏大。本文通过变形-传热-微观组织耦合数值模拟揭示了该轿车曲轴锻件成形过程中微观组织的演变规律，为后续针对该曲轴多道次成形的工艺优化提供理论指导。