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58SiMn钢热成形过程的微观组织演变模拟

作　者: 张叶成
导　师: 张津
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 58SiMn钢热变形再结晶筒体收口微观组织
分类号: TG142.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

弹体毛坯在热收口成形及其空冷过程中所发生的奥氏体再结晶行为会对最终弹体的微观组织及力学性能产生重大影响,因而了解和掌握弹体材料的再结晶行为对于缩短弹体毛坯的生产试验周期、优化毛坯收口成形工艺等方面具有重要意义。58SiMn钢是由我国研制的一种高强度、高破片率弹体用钢,对于该钢在热收口过程的再结晶行为研究未见报道。通过在Gleeble-1500热模拟机进行单道次和双道次热压缩实验,首次对58SiMn钢在不同变形条件下的奥氏体再结晶行为进行了研究。巧妙地采用原本用以显示钢本质晶粒的氧化法来显示58SiMn钢的实际晶粒,解决了该钢淬火后晶粒显示困难的问题,为研究再结晶行为创造了条件。本文通过光学显微镜及扫描电镜等仪器观察了58SiMn钢的实际晶粒,重点分析了材料在热变形中所发生的动态再结晶,以及变形间隙所发生的静态和亚动态再结晶行为。对多个再结晶经验公式进行计算对比,并通过实验数据的回归计算得到了58SiMn钢的再结晶数学模型。在此基础上利用DEFORM软件对材料在双道次热压缩试验间隙发生的静态和亚动态再结晶过程进行模拟,并与真实结果进行对比验证了该组数学模型的准确性,为模拟58SiMn钢筒体实际热收口过程的再结晶行为提供了理论基础。本文建立了58SiMn钢筒体热收口的边界条件,对筒体实际收口过程中的应变、温度、再结晶体积分数以及晶粒变化进行综合模拟。根据预测得到的再结晶体积分数及温度转变规律,成功解释了筒体收口后的晶粒分布情况以及58SiMn钢的室温组织类型。对筒体实际收口部位的流线、晶粒尺寸及微观组织进行观察和分析,并与筒体收口后应变和晶粒转变的模拟结果进行了对比,结果表明采用DEFORM软件很好地预测了筒体收口后的应变、温度及晶粒分布,采用该系列再结晶模型模拟的结果是准确可靠的,可以为筒体热加工过程中的微观组织转变提供理论依据,从而实现控制和优化热加工工艺。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-20
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 微观组织转变的研究进程  10-13
      1.2.1.1 国外研究进程  10-12
      1.2.1.2 国内研究进程  12-13
    1.2.2 收口工艺的发展概况  13-14
  1.3 研究目标  14
  1.4 研究内容  14-15
  1.5 实验材料  15-16
  1.6 实验方法  16-17
    1.6.1 氧化法  16-17
    1.6.2 晶粒测量方法  17
  1.7 模拟技术  17-20
第二章动态再结晶行为  20-33
  2.1 引言  20-21
  2.2 实验  21-22
  2.3 热变形行为分析  22-24
  2.4 不同变形条件下的动态再结晶行为  24-26
    2.4.1 变形量对动态再结晶的影响  24-25
    2.4.2 应变速率对动态再结晶的影响  25-26
  2.5 动态再结晶数学模型计算  26-31
    2.5.1 峰值应变及临界应变数学模型  26-27
    2.5.2 稳态应变  27
    2.5.3 形变激活能  27-28
    2.5.4 计算结果的验证  28-29
    2.5.5 动态再结晶体积分数  29-31
    2.5.6 动态再结晶晶粒模型  31
  2.6 流变应力曲线的拟合  31-32
  2.7 本章小结  32-33
第三章静态再结晶行为及模拟  33-44
  3.1 引言  33
  3.2 实验  33-34
  3.3 热变形行为分析  34-35
  3.4 不同变形条件下的静态再结晶行为  35-38
  3.5 静态再结晶模型计算  38-41
    3.5.1 静态再结晶百分率  38-39
    3.5.2 静态再结晶动力学模型  39-40
    3.5.3 静态态再结晶晶粒模型  40-41
  3.6 静态再结晶过程模拟  41-43
  3.7 本章小结  43-44
第四章亚动态再结晶行为及模拟  44-57
  4.1 引言  44
  4.2 实验  44-45
  4.3 热变形行为分析  45
  4.4 亚动态再结晶数学模型  45-47
    4.4.1 亚动态再结晶体积分数  45-46
    4.4.2 亚动态再结晶动力学模型  46-47
    4.4.3 亚动态再结晶晶粒模型  47
    4.4.4 晶粒长大模型  47
  4.5 亚动态再结晶过程中的晶粒变化  47-51
  4.6 亚动态再结晶模拟  51-55
  4.7 本章小结  55-57
第五章筒体热收口过程的晶粒变化模拟  57-78
  5.1 收口简介  57-58
    5.1.1 收口工艺的分类  57-58
    5.1.2 收口成形的特点  58
  5.2 筒体热收口模型  58-61
    5.2.1 筒体的收口温度  59-61
    5.2.2 收口前试样的晶粒大小  61
  5.3 收口模拟  61-76
    5.3.1 收口温度变化模拟  61-63
    5.3.2 收口部位的应变  63-66
      5.3.2.1 收口应变模拟  63-64
      5.3.2.2 收口流线分析  64-66
    5.3.3 再结晶百分比模拟  66-68
    5.3.4 晶粒尺寸模拟  68-70
    5.3.5 收口后材料的真实晶粒及分析  70-73
    5.3.6 收口后材料的显微组织  73-76
  5.4 本章小结  76-78
第六章结论与展望  78-81
  6.1 结论  78
  6.2 问题与展望  78-81
附录：自主研发的热模拟实验装置  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  88-89

58SiMn钢热成形过程的微观组织演变模拟

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