CN103105477B - 一种预测锻态钢锻造裂纹萌生的方法 - Google Patents

一种预测锻态钢锻造裂纹萌生的方法 Download PDF

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Abstract

一种预测锻态钢锻造裂纹萌生的方法，属于锻造工艺技术领域。特征是：通过做不同温度和应变速率条件下的高温拉伸实验，得到材料流变应力曲线、裂纹萌生应变及其对应的直径值；利用有限元软件模拟不同温度和应变速率条件下的高温拉伸过程，得到裂纹萌生的临界损伤值；基于此临界损伤值，利用有限元模拟锻造基本工序，得到锻造临界变形量；对经过锻造缩比实验验证后的临界变形量数据绘制临界变形量曲面。所有处于该曲面下方的点都是不萌生裂纹的点，所有处于该曲面上方的点都是萌生裂纹的点，所有处于该曲面上的点都是临界点。优点为可通过简单、方便的方法，确定锻造时不使锻件萌生裂纹的变形量。

Description

一种预测锻态钢锻造裂纹萌生的方法
技术领域
本发明属于锻造工艺技术领域，具体涉及一种预测锻态钢锻造裂纹萌生的方法。
背景技术
目前国内外解决锻造裂纹的方法有两种：一种是生产中，当锻造过程产生裂纹后，才去寻找产生裂纹的原因，针对具体原因具休解决，而不是在锻造裂纹形成之前就进行预测，这给工厂企业带来很大的经济损失；另一种是理论研究上，都是在建立断裂准则，基于断裂准则来得到断裂损伤因子，用损伤因子来预测裂纹的产生，但是这种方法在实际生产中可操作性差，在实际锻造过程无法应用。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺点，提供一种预测锻态钢在不同温度和应变速率条件下锻造裂纹萌生的方法，为制定合理的锻造工艺提供依据。
本发明目的是这样实现的，其特征在于实施步骤是：
(1)做材料性能实验：根据实际变形条件做材料性能实验，得到材料流变应力曲线。
(2)做高温拉伸实验：取钢的锻造温度范围和应变速率范围,在热模拟机上做高温拉伸实验，拉伸到试样断裂，得到不同温度和应变速率条件下的真应力-真应变曲线，读取峰值应变，该应变就是裂纹萌生应变。
(3)裂纹萌生应变对应试样直径的确定：再在热模拟机上做同一变形条件下的高温拉伸实验，拉伸到裂纹萌生应变停止，然后测量试样颈缩区最小截面直径，该直径值就是裂纹萌生应变对应的直径值。
(4)有限元模拟：将流变应力曲线输入有限元软件中，通过有限元软件模拟不同温度和应变速率条件下的高温拉伸过程，模拟拉伸到试样直径与裂纹萌生应变对应的直径相同，此时，从模拟软件读取试样中心点对应的损伤值，此损伤值就是裂纹萌生的临界损伤值。
(5)锻造临界变形量的确定：根据裂纹萌生临界损伤值，分别在平砧、锥形砧和球形砧上模拟实际锻造基本工序镦粗和拔长，得到不同砧形、不同变形条件下的锻造临界变形量。
(6)锻造临界变形量的验证：通过不同砧形、不同变形条件下的锻造缩比实验来验证临界变形量，以确保临界变形量的正确可靠。
(7)临界变形量曲面的绘制：应用绘图软件，绘制镦粗和拔长时不同砧形、不同变形条件下的临界变形量曲面，如图1所示。
(8)锻造裂纹萌生的预测：根据临界变形量曲面图，所有处于临界变形量曲面下方的点都是安全的点，此点不萌生裂纹；所有处于临界变形量曲面上方的点都是萌生裂纹的点；所有处于曲面上的点是临界点。
本发明的优点及积极效果是：该方法应用简单、方便，在工厂企业具有很好的可操作性，只要按照给定的变形条件，对应相应条件下的临界变形量图，确定相应的变形量就可以。该方法能够很好地预测钢在锻造过程裂纹的萌生，从而避免锻造过程产生裂纹，这为制定合理的锻造工艺提供参考，给企业带来很大的经济效益，具有很大的应用前景。
附图说明
图1为本发明临界变形量曲面图。
图2为316LN钢在温度900℃-1250℃和应变速率0.005s-1-1s-1平砧镦粗时的临界变形量曲面图。
图1和图2中的A表示临界变形量；B表示应变速率；T表示温度。
具体实施方式
以316LN奥氏体不锈钢平砧镦粗为例，变形条件为：温度：900℃-1250℃，应变速率：0.005s-1-1s-1,根据本发明方法实施步骤得到其临界变形量曲面，如图2所示。
制定316LN钢平砧镦粗工艺时，首先根据温度和应变速率的组合，对应图2，确定该条件下的临界变形量，实际镦粗时的变形量要小于临界变形量。例如：要确定温度1200℃，应变速率0.005s-1条件下镦粗的临界变形量，对应图2可以看出，此条件下的临界变形量值为0.58，所以，在该条件下镦粗变形量要小于58％，如果大于58％，在锻件表面就会有裂纹萌生。

Claims (1)

1.一种预测锻态钢锻造裂纹萌生的方法，其特征在于实施步骤如下：
（1）做材料性能实验：根据实际变形条件做材料性能实验，得到材料流变应力曲线；
（2）做高温拉伸实验：取钢的锻造温度范围和应变速率范围,在热模拟机上做高温拉伸实验，拉伸到试样断裂，得到不同温度和应变速率条件下的真应力-真应变曲线，读取峰值应变，该应变就是裂纹萌生应变；
（3）裂纹萌生应变对应试样直径的确定：再在热模拟机上做同一变形条件下的高温拉伸实验，拉伸到裂纹萌生应变停止，然后测量试样颈缩区最小截面直径，该直径值就是裂纹萌生应变对应的直径值；
（4）有限元模拟：将流变应力曲线输入有限元软件中，通过有限元软件模拟不同温度和应变速率条件下的高温拉伸过程，模拟拉伸到试样直径与裂纹萌生应变对应的直径相同，此时，从模拟软件读取试样中心点对应的损伤值，此损伤值就是裂纹萌生的临界损伤值；
（5）锻造临界变形量的确定：根据裂纹萌生临界损伤值，分别在平砧、锥形砧和球形砧上模拟实际锻造基本工序镦粗和拔长，得到不同砧形、不同变形条件下的锻造临界变形量；
（6）锻造临界变形量的验证：通过不同砧形、不同变形条件下的锻造缩比实验来验证临界变形量，以确保临界变形量的正确可靠；
（7）临界变形量曲面的绘制：应用绘图软件，绘制镦粗和拔长时不同砧形、不同变形条件下的临界变形量曲面；
（8）锻造裂纹萌生的预测：根据临界变形量曲面图，所有处于临界变形量曲面下方的点都是安全的点，此点不萌生裂纹；所有处于临界变形量曲面上方的点都是萌生裂纹的点；所有处于曲面上的点是临界点。
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