利用淬火裂纹源胀断加工调质锻钢连杆的数值模拟

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1、：１０１８３分类号：ＴＧ３０６单位代码研究生学号：：２０１５４３２０８１密级公开吉林大学硕士学位论文学术学位（）利用淬火裂纹源胀断加工调质锻钢连杆的数值模拟ＮｕｍｅｒｃａｌＳｍｕａｔｏｎｏｆＣｒａｃｋｉｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＱｕｅｎｃｈｅｄａｎｄｉｉｌｉｇＴｅｍｐｅｒｅｄＦｏｒｇｅｄＳｔｅｅｌＣｏｎｎｅｃｔｉｎｇＲｏｄｂＵｓｉｎＱｕｅｎｃｈｉｎｙｇｇＣｒａｃｋＳｏｕｒｃｅ作者姓名：王炯专业：材料加工过程研究方向：压力加工工艺指导教师：高占民副教授培养单位：材料科学与工程学院２０１８年６

2、月利用淬火裂纹源胀断加工调质锻钢连杆的数值模拟NumericalSimulationofCrackingProcessofQuenchedandTemperedForgedSteelConnectingRodbyUsingQuenchingCrackSource作者姓名：王炯专业名称：材料加工工程指导教师：高占民副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年6月3日2未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学

3、术性使用不在此限）。否贝ＩＪ应承担侵权的法律责任。，吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：王）＾２０日期丨３日：年（７月Ｊ摘要摘要利用淬火裂纹源胀断加工调质锻钢连杆的数值模拟连杆胀断加工技术是连杆制造生产的先进工艺，它是以断裂力学为基础，以自主生

4、成裂纹源为方法，从而实现连杆的断裂分离。但目前调质锻钢连杆仍然无法使用胀断技术进行加工，本文将以最为普遍使用的传统调质锻钢材料之一的40Cr连杆为研究对象，提出通过改变连杆生产工艺，实现40Cr连杆的实际胀断加工。连杆在胀断加工时，裂纹的扩展断裂过程影响因素复杂，需要利用实验加以改进。但实际加工实验需要耗费大量的人力、设备、资金和时间等，不利于连杆的实际生产，而利用有限元方法可以通过大量的模拟，对模拟结果进行对比分析，优化相关参数，对实现调质锻钢连杆胀断加工意义重大。本文采用有限元分析软件ABAQUS中XFEM模拟了40Cr连杆胀断加工过程。研究了40Cr连杆在胀断加

5、工时裂纹的起裂位置、裂纹扩展情况。分析了影响40Cr连杆胀断质量的因素，总结了断裂面质量的影响规律。本文对比分析了连杆分别在淬火后和回火后胀断加工过程。模拟结果表明：连杆沿淬火裂纹面起裂和开裂是完全的脆性开裂过程，没有塑性变形。当连杆在淬火后胀断加工时，淬火裂纹在尖端处扩展开裂过程中的塑性变形小，裂纹过渡面比较平滑；离淬火裂纹尖端越远，连杆起裂时需要的应力越大，塑性应变量也在增加，但塑性应变的变化幅度较小，对断面质量影响不大；在靠近连杆侧端面处塑性应变急剧增加，断面质量有所降低，但能够成功实现连杆的胀断分离。当连杆在回火后胀断加工时，连杆起裂时塑性应变幅度较大，并且当

6、淬火裂纹扩展到一定深度后，连杆过大的塑性阻碍了裂纹的进一步扩展，模拟结果表明40Cr连杆回火后无法利用淬火裂纹完成理想的胀断加工。本文对比分析了淬火裂纹和淬火裂纹长度对连杆淬火后胀断加工的影响。模拟结果表明：在无淬火裂纹的情况下，连杆裂纹扩展需要更大的外力，裂纹面质量较差。短裂纹应力变化幅度大，裂纹面起伏程度大；长裂纹在起裂时应变更大，并且裂纹尖端处塑性应变量更大，裂纹面容易形成凸起，对连杆断裂面质量不利；占连杆断裂面1/2长度左右的淬火裂纹在开裂过程中裂纹尖端处的应力变化平缓，凸起少，是连杆胀断加工最佳裂纹长度。本文模拟优化了连杆凹槽数据。模拟结果表明：连杆凹槽深度

7、越浅，连杆淬火裂I吉林大学硕士学位论文纹扩展时应力变化幅度越大，塑性应变越大，断面质量越差，但凹槽深度越深会影响连杆性能，当凹槽深度超过1mm时，凹槽深度对连杆断裂的影响降低。关键词：连杆，调质锻钢，胀断加工，淬火裂纹，数值模拟IIAbstractAbstractNumericalSimulationofCrackingProcessofQuenchedandTemperedForgedSteelConnectingRodbyUsingQuenchingCrackSourceConnectingrodcrackingprocessingtechnol