结构钢复杂三维热塑性变形中再结晶过程的数值模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文结构钢复杂三维热塑性变形中再结晶过程的数值模拟姓名：赵春辉申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：陈军20050101结构钢复杂三维热塑性变形中再结晶过程的数值模拟摘要为了使热塑性变形后的工件不仅成形质量和尺寸精度满足设计要求而且其微观组织性能也能达到设计期望实现近终成形必须充分了解显微组织的演化过程与热变形参数之间的关系结构钢在热变形过程中的微观组织变化主要包括动态/静态回复再结晶和晶粒长大以及随后冷却过程中的奥氏体组织演变等本文通过对这些阶段中发生的再结晶行为的数学描述实现了结构钢复杂三维热塑性成形

2、中再结晶行为的计算机模拟研究了再结晶行为的分布规律及其与变形条件之间的关系从而可以达到预测和控制热成形产品质量的目的本课题由国家自然基金项目No.50247509资助其热物理模拟试验在GLEEBLE3800热模拟试验机上进行通过单道次压缩试验对F40MnV结构钢在热变形过程中的再结晶规律进行了研究针对F40MnV结构钢高温流动应力随变形的两个阶段加工硬化动态回复及动态再结晶阶段的不同分别建立其高温流动应力模型既符合实验结果同时反映材料微观组织的变化特征全面研究了高温流动应力模型参数与Zener-Hollomon参数的关系并以试验数据

3、为基础通过线性回归法拟合出不同参数与Z参数的数学关系这些参数包括屈服应力s饱和流动应力s稳态流动应力s峰值应变e临0sssp界应变e参数k以及n同时计算了F40MnV结构钢的变形激活能cdd为Q=278.6KJ/mol通过研究不同变形温度不同变形速率下F40MnV钢的金相照片验证了发生动态再结晶的条件为变形温度足够高应变速率足够低的观点并以Avrami方程为基础建立了F40MnV结构钢的动态再结晶分数及晶粒尺寸数学模型通过设计晶粒长大实验研究不同温度条件下奥氏体晶粒长大金相图得出抑制晶粒长大控制晶粒尺寸的方法并在此基础上建立了F40

4、MnV钢晶粒长大数学模型I基于热力耦合弹塑性有限元法与金属微观组织演变的数学模型在MSC.MARC有限元软件平台上开发了一个结构钢热变形过程动态再结晶组织演化和随后静态再结晶过程的数值模拟系统首次以复杂的三维连杆预锻件为模拟实例模拟其热成形过程以及冷却过程中再结晶行为的全过程分析了再结晶分数以及再结晶晶粒尺寸在锻件内部的分布规律并预测了热变形过程中变形温度变形时间对再结晶微观组织演变的影响为合理选择热变形参数控制热成形产品的质量提供了有力的手段关键词F40MnV结构钢三维热塑性成形动态/静态再结晶数值模拟温度场应力场耦合弹塑性有限元

5、IINumericalSimulationofRecrystallizationfortheStructuralSteelsduringits3DComplexHotPlasticDeformationAbstractTherelationshipbetweenmicrostructuralevolutionandthehotdeformingparametersmustbefullystudiedandunderstoodtomakenotonlythequalityofshapeanddimensionbutalsothemic

6、rostructuralpropertiesofthehot-deformedworkpiecemeetthedesignexpectationandrealizetheso-called“Almost_FinishedDeformation”.Suchmicrostructuralevolutionmainlyincludesdynamic/staticrecovery,dynamic/staticrecrystallizaiton,graingrowthandphasetransformationfollowingthedefo

7、rmation,etc.Inthispaper,thenumericalsimulationoftherecrystallizationbehaviorforstructuralsteelsincomplex3Dhotdeformationisachievedbasedonthemathematicmodelsofthebehavior.Andthedistributionlawofitanditsrelationshipwithdeformingparametersarestudied,thustorealizetheaimofp

8、redictingandcontrollingthequalitiesofhot-deformedproducts.ThispaperissupportedbytheProjectNo.50247509oftheNationalNat