熱模擬試驗機鋼熱變形模擬結果分析

第11卷第3期上海應用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)2011年9月JOURNAL OF SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE)Sep.2011文章編號:1671-73332011)03-0229-04熱模擬試驗機鋼熱變形模擬結果分析張紅英,張鴻冰(上海應用技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200235)摘要:利用熱/力學(xué)模擬試驗機,對40Cr鋼進(jìn)行了變形溫度為710℃~1050℃,應變速率為0.1/s~30/s,應變量為0.1~1.0的熱模擬單向單道次壓縮試驗。分析了試樣變形過(guò)程中計算機采集的真應變以及試樣熱變形后的最大直徑、橫向最大真應變。結果表明,40Cr鋼在應變速率為10/s及以上時(shí),試樣實(shí)際橫向最大真應變與變形過(guò)程中計算機采集的真應變量相差明顯,兩者之間的差值隨應變速率的增加而增加。變形溫度及變形量沒(méi)有使兩者產(chǎn)生明顯差異。關(guān)鍵詞:40Cr;熱變形;真應變中圖分類(lèi)號:TG113.1文獻標識碼:AAnalysis of Simulation Results of Steel Thermal Deformationof Thermal Simulation Testing MachineZHANG Hong-ying, ZHANG Hong-bing(School of Materials Science and Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, ChinaAbstract: In this paper, the heat/mechanics moulding texting machine was used to make thermal compressive test for the 40Cr steel. The thermal deformation processing parameters were: deformationtemperature: 710C-1050C, strain rate: 0.1/s-30/s, strain: 0.1-1.0. Maximum diameter of specimens after thermal deformation and horizontal maximum strain was analyzed The results indicate thatspecimen deformation uniformity is obvious in strain rate for 10/s and above, uneven level increaseswhen strain rate increases. Deformation temperature and quatity does not have significant impact on thetwoKey words: 40Cr; thermal deformation; true strain熱模擬試驗是鋼鐵材料研究過(guò)程中傳統的研數、熱塑性、顯微組織及相變行為等基礎研究工作究手段之一。相對于現場(chǎng)大生產(chǎn)試驗,熱模擬試和生產(chǎn)工藝過(guò)程的模擬都可以在熱模擬試驗機上驗具有節約材料、節省時(shí)間和人力、快速便捷地獲進(jìn)行2取鋼鐵材料的熱物性參數等優(yōu)點(diǎn),對于現場(chǎng)大生圓柱形試樣的單向高溫壓縮試驗常用來(lái)模擬產(chǎn)具有指導意義。鋼鐵熱變形過(guò)程中的力學(xué)參熱擠壓和鍛造過(guò)程,其特點(diǎn)在于可直接在較大應中國煤化工收稿日期:2011-04-25基金項目:上海市教委重點(diǎn)學(xué)科資助項目(J51504)CNMHG作者簡(jiǎn)介:張紅英(1963-),副教授,主要研究方向為金屬材料的工藝性能上海應用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第11卷變速率范圍內測定材料在熱變形條件下的應力-最大真應變。比較試樣實(shí)際橫向最大真應變和試應變關(guān)系以及熱變形條件和組織的對應關(guān)系。但樣變形過(guò)程中計算機采集的真應變的大小,分析由于工件和模具之間存在接觸摩擦高溫變形時(shí)熱變形參數對試樣變形過(guò)程中計算機采集的應變樣品易出現諸如腰鼓和側翻等不均勻變形現象,量數據的影響作用使所測定的應變、應力偏離實(shí)際情況,降低試驗數據的可靠性。物理模擬結果與實(shí)際變形條件的2實(shí)驗結果與分析接近程度直接影響到物理模擬的參考意義4。因此,了解熱變形條件對試樣變形不均勻程度的影圓柱形試樣的熱壓縮變形過(guò)程中,由于壓頭響是材料變形行為研究中需注意的問(wèn)題。與試樣兩端之間存在摩擦力、溫度梯度等的影響本文通過(guò)分析40Cr鋼在不同溫度、應變速變形后試樣往往出現腰鼓狀,通常最大變形部位率、熱變形量時(shí),熱模擬變形過(guò)程中計算機采集的處于試樣中心橫截面處s。應變量與通過(guò)測定熱變形試樣橫向最大直徑計算2.1應變量的影響獲得的橫向最大真應變量之間的差異,了解結構表1是40Cr鋼試樣在變形溫度為710、760鋼熱變形模擬測試數據的有效性,以便合理分析、950℃、變形速率為1/s時(shí),不同變形程度對應的利用鋼熱變形模擬測試結果計算機采集的應變量、通過(guò)變形試樣計算的橫向最大應變量。圖1是試樣實(shí)際橫向最大應變量與1實(shí)驗方法計算機采集的應變量的比較,圖中直線(xiàn)為y=表1應變量對模擬結果的影響試驗鋼為40Cr,正火狀態(tài)。樣品為圓柱體,Tab. 1 Effect of strain on simulation results尺寸為卓8mm×15mm。試樣在 Gleeble1500變形溫度rC應變(采集)橫向最大真應變(計算)熱/力學(xué)模擬實(shí)驗機上進(jìn)行熱模擬單向單道次0.14壓縮熱變形。熱變形工藝為將樣品以20℃/s0.540.54的加熱速度升溫到1200℃,保溫5min后以10℃/s的降溫速度降到變形溫度,保溫1min,在0.10設定的變形條件下對樣品進(jìn)行壓縮變形,之后7600.54直接水淬。0.750.77試樣熱變形溫度為710℃~1050℃,應變0.110.12速率為0.1/s~30/s,應變量為0.1~1.0。試樣0.490.54熱變形過(guò)程中,由 Gleeble1500系統的計算機采0.79集真應力、真應變、載荷、位移、溫度等數據。測量試樣熱變形水冷后的最大直徑,計算相應的橫向張迷0.800.20.406a.101橫向最大真應變橫向最大真應變橫向最大真應變a)變形溫度為710°C時(shí)b)變形溫度為760°C時(shí)(c)變形溫度為950°C時(shí)圖1應變量對模擬結果的中國煤化工Fig. 1 Effect of strain on simtCNMHG第3期張紅英,等:熱模擬試驗機鋼熱變形模擬結果分析由圖1可見(jiàn),40Cr鋼試樣在變形速率為1/s、表3應變速率對模擬結果的影響不同變形溫度時(shí),不同變形量對應的試樣實(shí)際橫Tab 3 Effect of strain rate on simulation results向最大應變量大于或等于計算機采集的應變量。變形溫應變速真應變橫向最大真除變形量約為0.1時(shí),兩者相對差異較大之外,變度/℃率/s-1(采集)應變(計算)形量較大時(shí),兩者幾乎相等。試樣變形后中截面0.90處變形量最大,變形對稱(chēng)性較好。0.860.882.2溫度的影響0.770.90表2是40Cr鋼試樣在變形速率為1/s、不同0.730.81變形溫度時(shí),計算機采集的應變量通過(guò)變形試樣0.81計算的實(shí)際橫向最大應變量表2溫度對模擬結果的影響0.710.700.94Tab 2 Effect of temperature on simulation results0.10.880.91變形溫度/℃真應變(采集)橫向最大真應變(計算)0.880.860.880.790.817600.750.770,740.830.780.790.830.840.77城0.8由圖2可見(jiàn),40Cr鋼試樣在變形速率為1/s、變形量約0.8、變形溫度為710℃~1050℃0510時(shí),計算機采集的應變量也是小于或等于通過(guò)應變速率/s(a)變形溫度為710°C時(shí)變形試樣計算的橫向最大應變量,兩者非常接近。雖然900℃時(shí)兩者相對差異值最大,但是只有3.8%。說(shuō)明熱變形溫度沒(méi)有使兩者產(chǎn)生0.8明顯的差異,試樣變形后中截面處變形量最大,變形對稱(chēng)性較好。0.90應變應變速率/s0.8b)變形溫度為760°C時(shí)700750800850900950100010501100變形溫度/05應變速率/s圖2溫度對模擬結果的影響(c)變形溫度為950°C時(shí)Fig. 2 Effect of temperature on simulation results口真應變(采集)囚橫向最大真應變23應變速率的影響圖3應變速率對模擬結果的影響表3是40Cr鋼試樣在變形量約0.8、不同變3V中國煤化工址mru形速率時(shí),計算機采集的應變量與通過(guò)變形試樣由圖CNMH交形溫度為710計算的橫向最大應變量?！鎫950℃、變形量約0.8、不同變形速率時(shí),試樣上海應用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第11卷變形情況相似。鋼在應變速率為10/s及以上時(shí),(2)40Cr鋼在應變速率為10/s及以上時(shí),熱計算機采集的應變量與通過(guò)變形試樣計算的橫向模擬變形過(guò)程中計算機采集的應變量與變形試樣最大應變量相差較大,而且,兩者之間的相差值隨實(shí)際計算的橫向最大應變量相差較大,兩者之間應變速率增加而增加相對相差值在10/,950、的相對相差值隨變形速率的增加而增加760、710℃時(shí)分別達11%、14%、14%;在30/3)應變速率越大鋼熱壓縮變形受壓頭與時(shí),分別達25%、25%、23%。說(shuō)明應變速率為試樣端面之間的摩擦力、溫度梯度等因素的影響10/s及以上時(shí),試樣受壓頭與試樣端面之間的摩越大,越容易發(fā)生不均勻、不對稱(chēng)變形,影響計算擦力溫度梯度等因素的影響作用加劇,發(fā)生不對機采集的應變量數據的有效性。稱(chēng)變形,試樣變形不均勻程度加劇。熱模擬變形過(guò)程中計算機采集的應變量、應力不能代表變形參考文獻:部位真正的真應變、真應力。應變量是鋼變形程度的衡量,奧氏體組織的1]袁向前,張賢鍇,時(shí)旭,等.鎳基合金圓柱形熱模擬熱變形程度會(huì )對隨后冷卻過(guò)程中奧氏體的分解、試樣熱變形后鼓形的有限元研究[J.寶鋼技術(shù),新相的形態(tài)、結構及其形核位置、形核率、長(cháng)大速2010,(5):38-4率等產(chǎn)生影響。變形不均勻的奧氏體組織使工件21萊統倫,方金風(fēng),曹軍熱模擬試驗在金屬熱變形的組織不均勻,降低工件的使用性能及壽命78研究中的應用[]理化檢驗一物理分冊,2001,36另外,鋼的變形抗力是指鋼阻止使其發(fā)生塑性變3]王志強,沈健,張新明,A-L合金熱壓縮時(shí)的不形的能力,其數值等于使其發(fā)生塑性變形時(shí)所必均勻變形現象[J].稀有金屬,199,23(6):466須施加的外力。變形抗力是影響鋼鐵熱軋過(guò)程軋制壓力的重要因素,金屬的變形抗力值對于計算〔4]呂知清,趙軍,王振華等.熱壓縮變形不均勻性的各種壓力加工過(guò)程的力和功,制定工藝規程,設計有限元模擬與試驗研究[].鋼鐵,2007,42(12):53和校核壓力加工設備和工具,都是必不可少的:。因而,當熱模擬變形過(guò)程中計算機采集5]張艷黨紫九影響流變應力測定的因素[J北京的應變量、應力不能代表變形部位的真應變、真應科技大學(xué)報報,1997,19(1):117-121力時(shí),采集到的應變、應力數據影響了物理模擬的[6]陳森燦何舒星,吳伯杰,等 GLEEBLE材料熱模參考意義。擬試驗機高溫壓縮試驗的數據整理與修正[J唐山工程技術(shù)學(xué)院學(xué)報,1993,(4):40-477]束德林.工程材料力學(xué)性能[M].北京:機械工業(yè)出3結論版社,200[8]李慧,高靈清,孫建科.不同應變速率對(1)熱模擬變形過(guò)程中計算機采集的應變量10 MnNiCrMov船體鋼力學(xué)性能的影響[J].金屬一般小于、等于變形試樣實(shí)際橫向最大應變量。熱處理,2008,(9):70-73除變形量很小的情況之外,變形量沒(méi)有使兩者產(chǎn)[9]李雄張鴻冰阮雪榆,等.40Cr鋼流變應力的分生明顯的差異。另外,熱變形溫度也沒(méi)有明顯析及模擬[,材料工程,2004,1:41-49影響。[10]孫薊泉,張金旺,王永春.SPHC鋼熱變形行為的研究[].鋼鐵,2008,43(9:44-48中國煤化工CNMHG