基于晶粒匀细化双目标的耐热合金电镦工艺参数优化设计

作     者：邹震宇 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：权国政

授予年度：2016年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电镦 神经网络 晶粒度 多目标优化 有限元模拟 

摘      要：本文主要以电镦过程晶粒均匀细化为目标对电镦工艺参数进行优化设计,为实际电镦生产减少产品微观缺陷提供理论依据。首先利用3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金等温压缩实验真实应力应变数据建立了该材料高温塑性变形过程流变应力BP神经网络本构模型。结合电-热-力耦合有限元分析方法和材料动态再结晶和晶粒长大过程数学模型构建3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金电镦工艺宏微观多尺度有限元定量分析平台。根据有限元分析结果,采用响应曲面法建立电镦工艺参数与晶粒大小及其分布状态定量指标的动态响应关系,利用遗传算法对电镦工艺晶粒均匀细化双目标进行了工艺参数优化设计。研究结果对合理制定和优化电镦工艺参数具有重要的理论指导意义和实际应用价值。本文主要研究内容及结论如下:(1)在温度为930℃130℃、应变速率为0.01 s-10 s-1的变形条件下对3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金进行等温压缩实验,并利用实验获得的真实应力应变数据,建立了3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金高温塑性变形过程流变应力BP神经网络本构模型。(2)通过***有限元分析软件自带的电-热-力耦合分析平台,结合3Cr20Ni10W2奥氏体耐热合金变形过程动态再结晶及晶粒长大数学模型,建立了电镦过程电-热-力耦合宏微观多尺度有限元定量分析平台,对电镦过程坯料宏观温度分布、变形状态以及微观晶粒尺寸大小及晶粒分布状态进行了定性与定量的研究。(3)采用四因素Box-Behnken试验设计方法设计有限元模拟方案,基于有限元分析结果,采用响应曲面法建立了电镦过程加热电流、夹持长度、镦粗力、砧子缸后退速度等主要工艺参数与晶粒度与晶粒分布不均匀度之间的动态响应关系。以所建立的两个响应曲面模型作为目标函数,采用多目标遗传算法进行多目标优化求解,对电镦工艺参数进行了优化设计,根据工艺参数优化结果,提出一套基于晶粒匀细化目标的电镦工艺参数方案。(4)基于优化工艺参数方案,完成了电镦件的试制实验,经过金相分析,将实验数据与模拟结果进行对比,验证了工艺优化方案的可靠性以及电镦工艺宏微观多尺度有限元定量分析方法的可靠性。