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Mn18Cr18N钢热锻中损伤的理论与试验研究

作　者: 魏新鹏
导　师: 刘建生
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Mn18Cr18N钢护环韧性断裂数值模拟冲孔芯棒拔长
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 87次
引　用: 2次
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内容摘要

开裂作为金属塑性成形过程中变形材料的破坏现象是金属塑性成形工艺过程分析和优化中重点要解决的问题,也是制约产品质量的关键因素。揭示材料在成形过程中裂纹形成的原因及其发展变化过程,并寻找避免其产生的方法,进而指导成形工艺设计和优化是学术界长期以来重要的研究课题。随着我国经济的发展,能源需求越来越大,然而300MW以上大型发电机护环我国尚不能稳定生产。Mn18Cr18N钢是300MW以上护环生产中的主要用钢,该钢在成形中易开裂成为制约大型发电机护环生产的关键问题。本文以Mn18Cr18N钢300MW护环成形为基础,从影响成形中裂纹形成和扩展的主要因素出发,利用拉伸试验、定量金相测试和数值模拟方法分析了变形温度、应力状态、应变率、组织结构对高温塑性、裂纹形成和裂纹扩展的作用规律。在800～1200℃温度范围内,Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的塑性随温度升高而升高,1200℃时达到最好,然后开始下降;应变率通过再结晶的作用而影响开裂趋势;当温度低于1100℃时,细晶粒尺寸材料的塑性优于粗晶粒尺寸,而温度高于1100℃时中等晶粒尺寸材料塑性最好。进而给出了护环锻造中各变量的控制要求。全面综述了当前工程中常用的各种韧性断裂准则及其对裂纹起裂和扩展过程的观点,并针对Mn18Cr18N钢进行了材料韧性断裂试验和数值模拟计算:选取以拉伸颈缩时的应变作为空洞形核应变、断裂应变作为空洞开始聚合时的应变;给出了对应各韧性断裂准则的损伤因子阈值及其随温度变化规律,并对各韧性断裂准则的适用性和精度进行了试验验证;发现C+L准则能够较准确的预报热锻中损伤的发生。利用找到的韧性断裂准则结合Deform有限元数值模拟技术对护环成形中关键工序冲孔和芯棒拔长工艺进行预测和评价,结果显示,预测结果与生产实际具有较高一致性。并对包套冲挤工艺进行优化,给出了工艺参数控制的优化数值和正确的成形方案。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-24
  1.1 课题提出的背景及意义  8-9
  1.2 国内外护环制造技术的发展和研究现状  9-14
    1.2.1 国内外护环材料发展和研究现状  9-12
    1.2.2 国内外护环成形技术发展和研究现状  12-14
  1.3 国内外锻造中损伤的研究现状  14-19
  1.4 裂纹问题的研究方法  19-21
  1.5 论文研究的内容  21-24
第二章锻造缺陷的影响因素  24-34
  2.1 影响大型锻件缺陷产生的因素  24-30
  2.2 缺陷的预防  30-32
    2.2.1 影响大型锻件内部缺陷扩展的因素  30-31
    2.2.2 预防大型锻件内部缺陷扩展的方法  31-32
  2.3 本章小结  32-34
第三章热锻 Mn18Cr18N 钢中损伤的研究及预报  34-54
  3.1 引言  34
  3.2 各主要因素对Mn18Cr18N 钢高温塑性的影响  34-40
    3.2.1 试验材料与方法  34-36
    3.2.2 试验结果与分析  36-40
  3.3 热锻Mn18Cr18N 钢中损伤及预报  40-52
    3.3.1 损伤力学理论与损伤临界点的选取  40-43
    3.3.2 损伤阈值的计算  43-47
    3.3.3 有限元模拟预报及热锻试验验证  47-52
  3.4 本章小结  52-54
第四章护环主要自由锻工艺的损伤预测与评价  54-62
  4.1 引言  54
  4.2 冲孔中损伤预报  54-57
    4.2.1 冲孔工艺特点  54-55
    4.2.2 预报结果及分析  55-57
  4.3 芯棒拔长中损伤的预报  57-60
    4.3.1 芯棒拔长工艺特点  57-58
    4.3.2 模拟参量的选取  58-59
    4.3.3 预报结果及分析  59-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章 300MW 护环热锻冲孔工艺优化  62-70
  5.1 引言  62-63
  5.2 模内包套冲挤成形工艺的优化  63-69
    5.2.1 模拟参量的设置  63
    5.2.2 坯料与模具间隙优化和300MW 护环终成形  63-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章结论  70-72
参考文献  72-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的学术论文目录  79-80

Mn18Cr18N钢热锻中损伤的理论与试验研究

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