基于DEFORM-3D的熱鍛成形多尺度模擬軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、重大設(shè)備的關(guān)鍵部件往往是由鍛件制造而成，需要通過(guò)熱鍛成形來(lái)滿(mǎn)足其較高的力學(xué)性能要求，由于熱鍛成形兼具變形和變性?xún)纱筇攸c(diǎn)，所以，要想獲得最優(yōu)的熱鍛工藝，更好地改善鍛件的性能，需要將鍛件的宏觀(guān)變化和微觀(guān)組織演變結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究。單純依賴(lài)物理實(shí)驗(yàn)將需要很高的成本，并且有些內(nèi)部的物理現(xiàn)象也難以觀(guān)察，但數(shù)值模擬技術(shù)能夠很好地解決這些問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)熱鍛成形多尺度模擬軟件來(lái)研究鍛件的宏觀(guān)變化和微觀(guān)組織演變，并運(yùn)用其實(shí)現(xiàn)鍛件的“全工藝過(guò)程”控制和工藝

2、優(yōu)化以達(dá)到對(duì)鍛件進(jìn)行控形控性的目的，具有十分重要的工程指導(dǎo)意義。
　　本文采用準(zhǔn)耦合分析的方法對(duì)熱鍛成形的宏觀(guān)變化和微觀(guān)組織演變進(jìn)行了耦合分析。針對(duì)實(shí)際工程中的變溫變應(yīng)變速率情況，對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶相關(guān)模型、靜態(tài)再結(jié)晶相關(guān)模型以及晶粒長(zhǎng)大模型進(jìn)行了離散化處理，使之適應(yīng)于對(duì)變形各增量步進(jìn)行疊加計(jì)算。對(duì)多道次熱鍛成形過(guò)程中再結(jié)晶對(duì)后續(xù)道次材料變形的影響問(wèn)題，通過(guò)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)“剔除”了被再結(jié)晶消耗掉應(yīng)變能的應(yīng)變，定義了“仍具材料硬化能力”的殘

3、余應(yīng)變，給出了后續(xù)道次計(jì)算所用的修正應(yīng)變的計(jì)算方法。對(duì)空洞型缺陷演化模型和熱成形開(kāi)裂模型也分別進(jìn)行了離散化處理，使之適合于增量步的累加計(jì)算。
　　采用Fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了DEFORM-3D用戶(hù)自定義子程序，包括流動(dòng)應(yīng)力子程序和熱鍛成形微觀(guān)組織演變、空洞型缺陷演化及熱成形開(kāi)裂趨勢(shì)預(yù)報(bào)的多尺度模擬子程序。采用C#語(yǔ)言在Visual Studio工具軟件中開(kāi)發(fā)了多道次熱鍛成形模擬軟件。將開(kāi)發(fā)的DEFORM-3D用戶(hù)自定義子程序進(jìn)行聯(lián)

4、合編譯，通過(guò)多道次熱鍛成形模擬軟件導(dǎo)入到 DEFORM-3D中，實(shí)現(xiàn)了多道次熱鍛成形多尺度數(shù)值模擬。通過(guò)長(zhǎng)方體試件的雙道次拔長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)、內(nèi)置空洞的PbSb3鉛試件的鐓粗與拔長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和錐形試件的熱壓縮實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)熱鍛成形多尺度模擬軟件微觀(guān)組織演變數(shù)值模擬、空洞型缺陷演化數(shù)值模擬和熱成形開(kāi)裂數(shù)值模擬的計(jì)算精度進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　通過(guò)不同工藝參數(shù)條件下SA508-3鋼方鋼坯拔長(zhǎng)變形的數(shù)值模擬，獲得了方鋼坯比較合適的拔長(zhǎng)工藝參數(shù)。運(yùn)用優(yōu)化后的工藝參數(shù)

5、對(duì)SA508-3鋼鋼錠的開(kāi)坯過(guò)程進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明采用普通平砧鍛造法對(duì)SA508-3鋼鋼錠開(kāi)坯，能夠獲得質(zhì)量比較高的鍛件。采用不同變形工藝參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓器上封頭的終鍛成形進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了穩(wěn)壓器上封頭比較合適的終鍛成形工藝參數(shù)。運(yùn)用優(yōu)化后的工藝參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓器上封頭的終鍛成形進(jìn)行了全工藝過(guò)程模擬研究，研究結(jié)果表明穩(wěn)壓器上封頭鍛坯在鍛造中開(kāi)裂的可能性不大，坯料鍛后的組織不均勻性嚴(yán)重，預(yù)測(cè)可通過(guò)減少加熱時(shí)間，降低鍛造溫度和加大變形量來(lái)均勻