论文部分内容阅读
模具广泛应用于各种行业的零部件生产,是一种高附加值的技术密集型产品。5CrNiMoV钢常用来制作大型的热锻模具,热处理过程的数值模拟技术为钢材料的智能制造提供基础。由于热处理数值模拟技术需要明确材料的组织转变特性和相变动力学模型、组织转变和应力之间的函数关系、温度和应力之间的关系以及基础的热物性参数。因此,本文通过DIL-805ADT动态相变热膨胀仪、光学显微镜、扫描电镜、TTRAXⅢ型X射线衍射仪等实验仪器,研究了5CrNiMoV钢加热和冷却过程中的组织转变特性,拟合出了不同组织转变的动力学参数,阐述了马氏体相变塑形和应力对马氏体相变的影响;还使用差示扫描量热法、激光脉冲法结合JMat Pro性能计算软件明确了5CrNiMoV钢的热物性参数;接着利用自制的端淬试验装置进行了端淬试验,以便验证冷却过程中的数值模拟结果;最后利用ABAQUS有限元软件结合Fortran语言编程对5CrNiMoV钢端淬试样加热过程的数值模拟进行初步探索。对于奥氏体化过程,通过分析5CrNiMoV钢以不同加热速率（0.05K/s～50K/s）加热至奥氏体化温度的膨胀曲线,结合Kissinger方法拟合出了非等温条件下Johnson-Mehl-Avrami（J-M-A）扩散相变动力学方程中的相变参数,其中相变激活能为1.29′106J/mol,J-M-A相变动力学参数9)和6)0为1.054和7.8×106 3。建立了5CrNiMoV钢奥氏体化动力学模型,该模型计算所得的奥氏体转变量随相变时间的变化情况与试验测试结果相吻合,可用于预测等温奥氏体化动力学曲线和设计5CrNiMoV钢的奥氏体化工艺过程。对于贝氏体等温转变过程,通过分析5CrNiMoV钢在不同温度下（245℃～500℃）保温的膨胀曲线,拟合出了不同等温温度下J-M-A相变动力学方程中的参数,建立了不同温度下等温转变动力学模型,并绘制出了TTT曲线,观察到TTT曲线鼻尖温度大致为320℃。另外,根据贝氏体转变不完全性的特点,结合不同组织的热膨胀系数,得到了不同等温温度贝氏体最大转变量与等温温度之间的关系。对于连续冷却转变过程,通过分析5CrNiMoV钢以不同冷速（0.01℃/s～10℃/s）冷却至室温的膨胀曲线,发现马氏体相变临界冷却速度介于0.1℃/s～0.2℃/s之间,马氏体相变点的平均值为238℃,贝氏体转变区间为238℃～450℃。通过膨胀曲线还拟合出了马氏体相变动力学（K-M）方程中的相变参数和分别为0.0167和231.15,建立了5CrNiMoV钢马氏体相变动力学方程。根据相变点和相变点所对应的冷却时间,绘制出了CCT曲线,然后利用CCT曲线修正Li模型,建立了连续冷却条件下贝氏体转变动力学方程,也避免了不同成分差别的5CrNiMoV钢CCT曲线的重复测定。对于马氏体相变应力与组织转变的相互作用关系,通过分析5CrNiMoV钢在不同应力下（-80MPa～+80MPa）的马氏体相变膨胀曲线,得到了不同应力下Greenwood-Johnson相变塑性机制中的相变塑性系数6)值和Koistinen-Marburger马氏体相变动力学模型中和的值,并且将Greenwood-Johnson模型和Leblond模型计算结果与实际试验值对比。结果显示:6)值随应力的变化有所波动,但趋近于一个定值为8.092′10-5MPa-1;通过对比,Leblond模型更符合试验结果;点随着应力的增大呈现微小的上升趋势,说明小于或等于80MPa的应力对点的影响不显著;拉应力下值普遍大于无应力下的值,压应力下值普遍小于无应力下的值,说明拉应力对相变有一定的促进作用,压应力对相变有一定的阻碍作用。对于热物性参数,端淬试验和数值模拟情况,使用STA449 F3同步热分析仪和耐驰LFA-457激光热导仪对5CrNiMoV钢不同组织的比热容和热导率进行测定,并将相应的数据拟合成随温度变化的二次函数。密度和换热系数分别采用JMat Pro软件计算的平均值和文献的结果。端淬试验结果显示5CrNiMoV钢具有良好的淬透性。对奥氏体化过程的模拟初步探索的结果基本符合客观情况。