圆柱体镦粗成形过程的微观组织演化模拟.pdf

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1、2012年12月三明学院学报Dec．2Ol2第29卷第6期J0URNALOFSANMINGUNIVERSrI’YVo1．29No．6圆柱体镦粗成形过程的微观组织演化模拟王丽娟(厦门海洋职业技术学院航海技术系，厦门361012)摘要：在对有限元基本理论和再结晶机理进行研究的基础上，用自主开发的刚塑性／刚粘塑性有限元组织模拟软件，对阿柱体镦粗成彤过程进行了微观组织模拟，模拟结果与实际相符，验证了软件的准确性。关键词：组织演化；数值模拟；刚塑性有限元：动态再结晶中图分类号：TG316．11文献标识码：A文章编号：1673～4343(2012)O6—0056—05TheSim

2、ulationofMicrostructureEvolvementduringHot-upsettingWANGLi-juan(DepartmentofNavigationTechnology,XiamenOceanVocationalc0如，Xiamen361012，China)Abstract：BasedonthestudyoftheessentialtheoryofFEMandthemechanismofrecrystallization，aprogramformicrostmcturesimulationWasdevelopedwithFORTRANandit

3、sveracitywasvalidatedwiththesimulationresultsfortheupseRmgprocessofacylinderbillet．Keywords：microstructureevolution；numericalsimulation；rigid-plasticfiniteelement；dynamicrecrysmllizafion锻造工艺可以在细化晶粒的同时提高工件的综合机械性能，故在机械、造船、航空、航天等部门有着广泛的应用。许多大型设备的关键部位大都在高温高压等恶劣的受载条件和服役环境下工作，所以要求这些关键零部件必须具有良

4、好的微观组织和机械性能[1。随着我国工业生产行业的发展，船舶制造业和汽车制造业等得到了快速的发展，从而对锻件的质与量都有了更高的要求。因此。锻件在满足尺寸形状精度的同时，更要有良好的微观组织性能。最终产品的组织性能直接取决于微观组织的演化过程及演化结果，因此在锻件的实际成形前，如果能够对其成形结果及其成形过程中微观组织的演化过程进行预测和控制。将可以实现对成形工艺整个过程的优化，从而实现缩短产品开发周期．降低产品开发成本。1塑性有限元数值模拟技术数值模拟中普遍采用的方法是有限元方法，有限元方法中，塑性有限元可分为两大类，一类是流动型塑性有限元(flowformulat

5、ion)，包括刚塑性有限元和刚粘塑性有限元；另一类是固体型塑性有限元(solidformulation)，包括弹塑性有限元和弹粘塑性有限元，弹塑性有限元需要同时考虑弹性变形、塑性变形以及弹性区与塑性区之间的相互关系旧]。如果每一个加载步可以使很多单元同时屈服，便不能保证计算精度同时满足解的收敛性．这就决定了弹塑性有限元计算量大。所需要的时间也较长。在热镦粗成形过程中，弹性变形量很小。因此弹性变形通常可以忽略，故可以采用刚塑性／刚粘塑性有限元．应变可以通过应变速率对时问的积分来获得，这样就可以避开对几何非线性这种困难问题的处理，使每一个加载步长可以相对取得较大值，从而缩

6、短计算量并最终缩短计算时间[4。因收稿日期：2012—10—10作者简介：王丽娟，女，山东菏泽人，讲师。研究方向：塑性成形工艺及模具CAD／CAM。第6期王丽娟：圆柱体镦粗成形过程的微观组织演化模拟一57一此在锻造等体积成形过程的数值模拟中广泛采取使用刚塑性／N粘塑性有限元。2动态再结晶分析模型2．1动态再结晶数学模型2O世纪80年代，Yada等对Mn含量少于1％的碳锰低碳钢的再结晶过程进行了研究，通过研究得到了变形过程中动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大所对应的晶粒尺寸和再结晶体积百分比的半经验公式[引。该模型现在是一种比较通用的用于微观组织模拟的模型，对于碳钢的组织

7、模拟要求可以基本满足。所以文章采用Yada模型来对45#钢的圆柱体墩粗过程进行组织预测。定量描述动态再结晶的模型还有很多，都是不同学者针对不同材料的研究结果。但在实际生产中．多采用Avrami方程来描述动态再结晶的体积百分比1一e’一(1)：式中，临界应变值8c=0．8；为峰值应变，且azb，为初始晶粒度，．i}，n，口，b均为材料常数，Z为温度补偿应变速率。且，Q、z_．e(2)式中，Q为材料激活能；R为气体常数；T为绝对温度。而再结晶晶粒的大小主要决定于变形温度和变形速度，并常用Z函数(式2)来综合表示它们的影响】，即动态再结晶晶粒直径。d咖oc