AF1410钢热变形行为及显微组织研究

作     者：朱志飞 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁武华

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：AF1410钢 显微组织 本构模型 热加工图 动态再结晶模型 有限元模拟 

摘      要：AF1410钢具有高强度、高韧性、良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能等优点,在航空领域得到了广泛的运用。业内多采用热模锻成形工艺加工AF1410钢大型航空结构件,但是目前针对AF1410钢在热变形过程中塑性变形机制和显微组织演变的研究非常少,而且现有的数值模拟软件中AF1410钢材料数据缺乏,对此材料热成形过程的有限元模拟造成了很大限制。因此,本文研究了AF1410钢在不同变形温度、大范围应变速率的热变形行为,并构建了材料的本构方程,动态再结晶模型和热加工图。此外,本文建立了AF1410钢基于本构模型和动态再结晶模型的有限元模拟材料模型,以有限元模拟软件DEFORM为平台对AF1410钢双锥试样的热压缩过程进行了数值模拟,得到了双锥热压缩试样应变场、温度场、晶粒度等模拟结果,并通过物理实验验证数值模拟材料模型的合理性。论文主要研究内容和结果如下:(1)对AF1410钢圆柱体试样进行单道次热压缩实验,研究了材料的热变形行为以及显微组织演变规律,建立了相应的本构方程、热加工图和动态再结晶模型,并结合微观组织对热加工图进行了分析,得到了AF1410钢合适的热变形工艺参数范围是:变形温度为1050150℃、应变速率为0.007.36s。(2)对热模拟压缩试样的显微组织进行了研究,分析了不同变形参数对晶粒组织的影响。结果表明,AF1410钢热压缩试样晶粒尺寸随着变形温度的升高和变形速率的减低而增大,在高温低应变速率的变形条件下倾向于发生动态回复,晶粒容易于粗化;在低温和高应变速率的变形条件下很容易获得精细的动态再结晶晶粒,但动态再结晶倾向于不完全,导致出现混晶组织。(3)对热模拟压缩试样进行了热处理(900oC/1h+680oC/6h),对比分析了热模拟压缩试样的热变形状态与热处理状态的晶粒组织演变规律,并着重分析了热处理试样的析出相。结果表明,原来晶粒大小不均匀的热压缩组织基本都转变为较细小均匀的晶粒组织,尺寸在143μm之间,但原来粗大的组织热处理细化效果不明显。马氏体基体过饱和度不断下降,并伴随着二次相的析出与转化。组织中主要析出相为富Mo针状MC和富Cr的方形MC,碳化物已经粗化,与马氏体基体无共格关系。(4)为了验证AF1410钢数值模拟材料模型的准确性,进行了AF1410钢双锥试样热压缩实验,分析了试样典型区域的显微组织,同时利用DEFORM软件模拟了此热压缩过程。发现双锥热压缩试样在不同区域发生了不同程度的动态再结晶,随着应变量增大,动态再结晶体积分数逐渐增大,其应变-动态再结晶体积分数关系呈“S型。动态再结晶首先在晶界处形核,随着应变量的增加,动态再结晶向晶内扩展。通过实验结果与模拟结果对比,表明基于AF1410钢本构模型和高温变形动态再结晶模型的有限元模拟对其热变形过程有较好的预测性。