《耐熱合金21-4N楔橫軋成形的高溫損傷機制與控制研究》是依託北京科技大學，由鄭振華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：耐熱合金21-4N楔橫軋成形的高溫損傷機制與控制研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：鄭振華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
耐熱合金21-4N是一種典型的氣門用鋼，熱強性好，但熱塑性差、熱變形溫度範圍窄，在楔橫軋成形中容易出現心部疏鬆,制約了楔橫軋氣門精密成形工藝的套用。如何定量地預測21-4N楔橫軋成形的高溫損傷並有效控制缺陷產生已成為亟待解決的關鍵基礎問題。本項目擬結合21-4N成形的微觀結構變化和楔橫軋變形特徵，揭示21-4N楔橫軋成形的損傷機制，建立熱-力-損傷耦合模型，制定21-4N楔橫軋的損傷判定標準；編制有限元用戶子程式，建立21-4N楔橫軋高溫損傷的有限元預測平台；闡明各工藝參數對21-4N楔橫軋成形中的損傷形核與演變的獨立及耦合影響機制，提出21-4N楔橫軋成形的高溫損傷控制方法和工藝參數選擇方法。研究成果對楔橫軋耐熱合金的質量控制和模具參數最佳化具有重要的實用價值，研究方法對楔橫軋工藝的損傷預測具有重要的科學意義。
結題摘要
氣門是汽車發動機的關鍵零件之一，工作時處於高溫、高壓、高腐蝕性的環境中，對性能的要求高。傳統的氣門成形工藝是電熱鐓粗後模鍛，由於電熱鐓粗是個自由變形過程，存在產品質量不穩定、生產效率低等問題。楔橫軋制坯後模鍛是氣門成形的一種新工藝，與傳統工藝比較，具有生產效率高、產品質量穩定可控等優點。耐熱合金21-4N是一種典型的耐熱奧氏體氣門鋼，具有良好的熱強性和耐腐蝕性，但其熱塑性差，熱變形溫度範圍窄，楔橫軋成形時易出現中心孔洞和疏鬆等問題，影響最終產品的質量。項目開展耐熱合金21-4N楔橫軋成形過程的高溫損傷與控制等基礎科學問題研究，分析了溫度、應變速率和變形量等對21-4N高溫變形行為的影響，基於內變數方法和遺傳最佳化算法，建立並求解了21-4N的高溫變形統一本構模型和熱-力-損傷耦合模型；編制了21-4N本構方程的有限元用戶子程式，建立了21-4N楔橫軋成形的有限元分析模型；分析了21-4N楔橫軋成形各階段的應力應變狀態和台階的成形過程，在楔橫軋展寬段，軋件主要受兩向拉應力和一向壓應力作用，由於軋件的旋轉，呈現兩向壓應變和一向拉應變；研究了21-4N楔橫軋成形的微觀組織變化，揭示了21-4N楔橫軋成形的高溫損傷機制，21-4N加熱後未溶碳化物M23C6和晶界析出氮化物Cr2N是損傷的萌生源，反覆的剪應力和拉應力是損傷擴展的主要因素；研究了成形角、展寬角和斷面收縮率等對21-4N楔橫軋成形的損傷影響規律，大的成形角有利於軋件損傷的控制，成形角大於30°時軋件心部質量較好，斷面收縮率控制在35%-50%有利於保證軋件的心部質量，展寬角對21-4N楔橫軋成形的損傷影響規律不明顯。研究結果可套用於氣門楔橫軋制坯的模具設計和參數最佳化上。
