【摘 要】
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凸轮轴是发动机的主要结构件之一,其轻量化对发动机节能减排产生积极影响。AISI 304不锈钢为一种奥氏体不锈钢,具有众多优良的性能,最适合成为生产空心凸轮轴的材料。本文以AISI304不锈钢管材为原材料,采用液压成形工艺生产发动机的凸轮轴,采用数值模拟技术对管材液压成形过程进行分析,以指导工艺设计,并对管材在成形过程中的组织和织构演化进行了研究,分析了成形过程中孪晶演化机制。具体研究内容如下:确定
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凸轮轴是发动机的主要结构件之一,其轻量化对发动机节能减排产生积极影响。AISI 304不锈钢为一种奥氏体不锈钢,具有众多优良的性能,最适合成为生产空心凸轮轴的材料。本文以AISI304不锈钢管材为原材料,采用液压成形工艺生产发动机的凸轮轴,采用数值模拟技术对管材液压成形过程进行分析,以指导工艺设计,并对管材在成形过程中的组织和织构演化进行了研究,分析了成形过程中孪晶演化机制。具体研究内容如下:确定了管坯屈服所需的内液压力,在此基础上,利用Dynaform有限元软件模拟凸轮轴液压成形过程,选择了最优加载路径;空心凸轮轴液压成形的数值模拟确定了合适的液压成形工艺,并设计了实验模具。采用基于数值模拟结果所确定的最优加载路径生产出空心凸轮轴,液压成形过程的复杂性导致实际成形过程与数值模拟结果存在偏差。而以数值模拟结果为基础进行进一步的工艺优化,获得了合格凸轮轴,并对模具进行完善。利用EBSD技术分析固溶处理前后的AISI 304不锈钢微观组织变化,并利用Micro-XRD技术测量液压成形过程中马氏体含量变化。确定了AISI 304不锈钢管经过1100℃×30min固溶处理后管材中的织构类型发生明显变化。固溶处理过程中,少数晶界沿着有利于晶粒长大的取向进行迁移,使得一些晶粒吞并周围较小晶粒而异常长大。固溶处理前后304不锈钢管组织中均存在<111>60°孪晶,并且在固溶处理后的多数晶粒内出现二次孪晶。固溶处理后,由于孪晶所占体积比的增加,管材内60°角的孪晶界含量明显增加。利用EBSD技术分析固溶处理前后及液压成形过程中的AISI 304不锈钢微观组织变化,并利用Micro-XRD技术测量液压成形过程中马氏体含量变化。在AISI304不锈钢管材的液压成形过程中,奥氏体发生应变诱发马氏体相变,形成α’马氏体,随着等效应变量的增加,α?马氏体相含量逐渐增加。在应变诱发马氏体相变过程中,奥氏体相与α?马氏体相始终保持着切变共格性,两相之间遵循着K-S关系。液压成形过程中,奥氏体晶粒中的原始退火孪晶发生解孪晶,使奥氏体中孪晶含量大幅度降低,在新生成的马氏体晶粒中则产生大量的变形孪晶。
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