热模拟试验机钢热变形模拟结果分析

第11卷第3期上海应用技术学院学报(自然科学版)2011年9月JOURNAL OF SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE)Sep.2011文章编号:1671-73332011)03-0229-04热模拟试验机钢热变形模拟结果分析张红英,张鸿冰(上海应用技术学院材料科学与工程学院,上海200235)摘要:利用热/力学模拟试验机,对40Cr钢进行了变形温度为710℃~1050℃,应变速率为0.1/s~30/s,应变量为0.1~1.0的热模拟单向单道次压缩试验。分析了试样变形过程中计算机采集的真应变以及试样热变形后的最大直径、横向最大真应变。结果表明,40Cr钢在应变速率为10/s及以上时,试样实际横向最大真应变与变形过程中计算机采集的真应变量相差明显,两者之间的差值随应变速率的增加而增加。变形温度及变形量没有使两者产生明显差异。关键词:40Cr;热变形;真应变中图分类号:TG113.1文献标识码:AAnalysis of Simulation Results of Steel Thermal Deformationof Thermal Simulation Testing MachineZHANG Hong-ying, ZHANG Hong-bing(School of Materials Science and Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, ChinaAbstract: In this paper, the heat/mechanics moulding texting machine was used to make thermal compressive test for the 40Cr steel. The thermal deformation processing parameters were: deformationtemperature: 710C-1050C, strain rate: 0.1/s-30/s, strain: 0.1-1.0. Maximum diameter of specimens after thermal deformation and horizontal maximum strain was analyzed The results indicate thatspecimen deformation uniformity is obvious in strain rate for 10/s and above, uneven level increaseswhen strain rate increases. Deformation temperature and quatity does not have significant impact on thetwoKey words: 40Cr; thermal deformation; true strain热模拟试验是钢铁材料研究过程中传统的研数、热塑性、显微组织及相变行为等基础研究工作究手段之一。相对于现场大生产试验,热模拟试和生产工艺过程的模拟都可以在热模拟试验机上验具有节约材料、节省时间和人力、快速便捷地获进行2取钢铁材料的热物性参数等优点,对于现场大生圆柱形试样的单向高温压缩试验常用来模拟产具有指导意义。钢铁热变形过程中的力学参热挤压和锻造过程,其特点在于可直接在较大应中国煤化工收稿日期:2011-04-25基金项目:上海市教委重点学科资助项目(J51504)CNMHG作者简介:张红英(1963-),副教授,主要研究方向为金属材料的工艺性能上海应用技术学院学报(自然科学版)第11卷变速率范围内测定材料在热变形条件下的应力-最大真应变。比较试样实际横向最大真应变和试应变关系以及热变形条件和组织的对应关系。但样变形过程中计算机采集的真应变的大小,分析由于工件和模具之间存在接触摩擦高温变形时热变形参数对试样变形过程中计算机采集的应变样品易出现诸如腰鼓和侧翻等不均匀变形现象,量数据的影响作用使所测定的应变、应力偏离实际情况,降低试验数据的可靠性。物理模拟结果与实际变形条件的2实验结果与分析接近程度直接影响到物理模拟的参考意义4。因此,了解热变形条件对试样变形不均匀程度的影圆柱形试样的热压缩变形过程中,由于压头响是材料变形行为研究中需注意的问题。与试样两端之间存在摩擦力、温度梯度等的影响本文通过分析40Cr钢在不同温度、应变速变形后试样往往出现腰鼓状,通常最大变形部位率、热变形量时,热模拟变形过程中计算机采集的处于试样中心横截面处s。应变量与通过测定热变形试样横向最大直径计算2.1应变量的影响获得的横向最大真应变量之间的差异,了解结构表1是40Cr钢试样在变形温度为710、760钢热变形模拟测试数据的有效性,以便合理分析、950℃、变形速率为1/s时,不同变形程度对应的利用钢热变形模拟测试结果计算机采集的应变量、通过变形试样计算的横向最大应变量。图1是试样实际横向最大应变量与1实验方法计算机采集的应变量的比较,图中直线为y=表1应变量对模拟结果的影响试验钢为40Cr,正火状态。样品为圆柱体,Tab. 1 Effect of strain on simulation results尺寸为卓8mm×15mm。试样在 Gleeble1500变形温度rC应变(采集)横向最大真应变(计算)热/力学模拟实验机上进行热模拟单向单道次0.14压缩热变形。热变形工艺为将样品以20℃/s0.540.54的加热速度升温到1200℃,保温5min后以10℃/s的降温速度降到变形温度,保温1min,在0.10设定的变形条件下对样品进行压缩变形,之后7600.54直接水淬。0.750.77试样热变形温度为710℃~1050℃,应变0.110.12速率为0.1/s~30/s,应变量为0.1~1.0。试样0.490.54热变形过程中,由 Gleeble1500系统的计算机采0.79集真应力、真应变、载荷、位移、温度等数据。测量试样热变形水冷后的最大直径,计算相应的横向张迷0.800.20.406a.101横向最大真应变横向最大真应变横向最大真应变a)变形温度为710°C时b)变形温度为760°C时(c)变形温度为950°C时图1应变量对模拟结果的中国煤化工Fig. 1 Effect of strain on simtCNMHG第3期张红英,等:热模拟试验机钢热变形模拟结果分析由图1可见,40Cr钢试样在变形速率为1/s、表3应变速率对模拟结果的影响不同变形温度时,不同变形量对应的试样实际横Tab 3 Effect of strain rate on simulation results向最大应变量大于或等于计算机采集的应变量。变形温应变速真应变横向最大真除变形量约为0.1时,两者相对差异较大之外,变度/℃率/s-1(采集)应变(计算)形量较大时,两者几乎相等。试样变形后中截面0.90处变形量最大,变形对称性较好。0.860.882.2温度的影响0.770.90表2是40Cr钢试样在变形速率为1/s、不同0.730.81变形温度时,计算机采集的应变量通过变形试样0.81计算的实际横向最大应变量表2温度对模拟结果的影响0.710.700.94Tab 2 Effect of temperature on simulation results0.10.880.91变形温度/℃真应变(采集)横向最大真应变(计算)0.880.860.880.790.817600.750.770,740.830.780.790.830.840.77城0.8由图2可见,40Cr钢试样在变形速率为1/s、变形量约0.8、变形温度为710℃~1050℃0510时,计算机采集的应变量也是小于或等于通过应变速率/s(a)变形温度为710°C时变形试样计算的横向最大应变量,两者非常接近。虽然900℃时两者相对差异值最大,但是只有3.8%。说明热变形温度没有使两者产生0.8明显的差异,试样变形后中截面处变形量最大,变形对称性较好。0.90应变应变速率/s0.8b)变形温度为760°C时700750800850900950100010501100变形温度/05应变速率/s图2温度对模拟结果的影响(c)变形温度为950°C时Fig. 2 Effect of temperature on simulation results口真应变(采集)囚横向最大真应变23应变速率的影响图3应变速率对模拟结果的影响表3是40Cr钢试样在变形量约0.8、不同变3V中国煤化工址mru形速率时,计算机采集的应变量与通过变形试样由图CNMH交形温度为710计算的横向最大应变量。℃~950℃、变形量约0.8、不同变形速率时,试样上海应用技术学院学报(自然科学版)第11卷变形情况相似。钢在应变速率为10/s及以上时,(2)40Cr钢在应变速率为10/s及以上时,热计算机采集的应变量与通过变形试样计算的横向模拟变形过程中计算机采集的应变量与变形试样最大应变量相差较大,而且,两者之间的相差值随实际计算的横向最大应变量相差较大,两者之间应变速率增加而增加相对相差值在10/,950、的相对相差值随变形速率的增加而增加760、710℃时分别达11%、14%、14%;在30/3)应变速率越大钢热压缩变形受压头与时,分别达25%、25%、23%。说明应变速率为试样端面之间的摩擦力、温度梯度等因素的影响10/s及以上时,试样受压头与试样端面之间的摩越大,越容易发生不均匀、不对称变形,影响计算擦力温度梯度等因素的影响作用加剧,发生不对机采集的应变量数据的有效性。称变形,试样变形不均匀程度加剧。热模拟变形过程中计算机采集的应变量、应力不能代表变形参考文献:部位真正的真应变、真应力。应变量是钢变形程度的衡量,奥氏体组织的1]袁向前,张贤锴,时旭,等.镍基合金圆柱形热模拟热变形程度会对随后冷却过程中奥氏体的分解、试样热变形后鼓形的有限元研究[J.宝钢技术,新相的形态、结构及其形核位置、形核率、长大速2010,(5):38-4率等产生影响。变形不均匀的奥氏体组织使工件21莱统伦,方金风,曹军热模拟试验在金属热变形的组织不均匀,降低工件的使用性能及寿命78研究中的应用[]理化检验一物理分册,2001,36另外,钢的变形抗力是指钢阻止使其发生塑性变3]王志强,沈健,张新明,A-L合金热压缩时的不形的能力,其数值等于使其发生塑性变形时所必均匀变形现象[J].稀有金属,199,23(6):466须施加的外力。变形抗力是影响钢铁热轧过程轧制压力的重要因素,金属的变形抗力值对于计算〔4]吕知清,赵军,王振华等.热压缩变形不均匀性的各种压力加工过程的力和功,制定工艺规程,设计有限元模拟与试验研究[].钢铁,2007,42(12):53和校核压力加工设备和工具,都是必不可少的:。因而,当热模拟变形过程中计算机采集5]张艳党紫九影响流变应力测定的因素[J北京的应变量、应力不能代表变形部位的真应变、真应科技大学报报,1997,19(1):117-121力时,采集到的应变、应力数据影响了物理模拟的[6]陈森灿何舒星,吴伯杰,等 GLEEBLE材料热模参考意义。拟试验机高温压缩试验的数据整理与修正[J唐山工程技术学院学报,1993,(4):40-477]束德林.工程材料力学性能[M].北京:机械工业出3结论版社,200[8]李慧,高灵清,孙建科.不同应变速率对(1)热模拟变形过程中计算机采集的应变量10 MnNiCrMov船体钢力学性能的影响[J].金属一般小于、等于变形试样实际横向最大应变量。热处理,2008,(9):70-73除变形量很小的情况之外,变形量没有使两者产[9]李雄张鸿冰阮雪榆,等.40Cr钢流变应力的分生明显的差异。另外,热变形温度也没有明显析及模拟[,材料工程,2004,1:41-49影响。[10]孙蓟泉,张金旺,王永春.SPHC钢热变形行为的研究[].钢铁,2008,43(9:44-48中国煤化工CNMHG