D0I:10.13374/j.issm1001-053x.2002.03.055 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 不锈钢热变形流动应力数学模型 樊百林”严国安》管克智) 刘临引 黄永健) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)石家庄钢铁股份有限公司，石家庄0500313)北京科技大学开发总公司 摘要采用恒变形率凸轮压缩试验机对不锈钢0C13热变形流动应力进行了试验研究，分 析了变形温度、变形速率、变形程度对流动应力的影响，同时对不同的数学模型结构形式进行 了非线性回归，提出了2个非线性流动应力数学模型.分温度段回归数学模型与试验数据具有 较高的拟合精度，全温度段回归的数学模型便于计算机控制在线生产. 关键词不锈钢；流动应力；数学模型：凸轮试验机：变形温度 分类号TG113.25TG142.71 流动应力值是表征不锈钢压力加工性能的 玻璃粉做润滑剂， 1个基本量，是计算各种压力加工过程和变形 0.4 R0.2 功的主要参数，是制定合理工艺规程和设计轧 钢生产数学模型必不可少的参数.研究流动应 力还可以进一步了解不锈钢在变形过程中组织 和性能的变化，确定塑性变形的机理，弄清规 律，有助于控制整个塑性变形过程的进行. 1热变形试验研究方法 11材料、设备及试验方法 中12+0.01 图1试件尺寸 采用北京科技大学设计制造的凸轮式高速 Fig.1 The dimension of test piece 形变试验机，以等变形速率斥缩端面上带凹槽 并在凹槽内充满不同软化点的润滑剂的圆柱形 1,2微机高速数据采集系统 试件"，试件尺寸如图1所示.每个试验条件重复 试验数据收集采用带有瞬态波形存贮器（记 2个试样.试验范围为变形温度仁750~1150℃， 忆示波器)的微机高速数据采集系统2)，KK- 变形速率u=5~80s,变形程度e=ln(H/h)=0~ USUI公司生产.凸轮形变试验机最高转速为 0.6931.试验用的不锈钢成分质量分数如下：C 400r/min,波形持续时间为8~130ms.为了保证 为0.057%：Si为0.45%：Mn为0.24：P为0.016%：S 在如此短的时间内采到正确波形，在试验机上 为0.005%；Cr为12.66%；Ni为0.09%：A10.016%. 安装有非接触的触发装置 为了保证压缩时使试样接近单向应力状 态，必须使压缩表面具有良好的润滑条件，为此 2试验结果及其分析 采用了玻璃粉润滑剂.由于不同化学成分的玻 2.1变形温度对流动应力的影响 璃粉的软化点不同，因此，在不同的试验温度 不锈钢0Cr13在850℃的流动应力比900℃ 下，同一玻璃粉具有不同的润滑效果；同样对于 小.这是因为由于温度升高，铁素体型不锈钢转 同一润滑剂，在相同的试验条件下，对于不同的 变为奥氏体型不锈钢，而奥氏体型不锈钢的加 材质如钢和铜，其润滑效果也不同.所以，本试 工硬化率比铁素体型不锈钢的加工硬化率大， 验在不同的试验温度下，采用不同化学成分的 所以900℃时的流动应力反而增大4).在变形速 收稿日期2001-12-27樊百林女，37岁，副教授 率、变形程度一定的条件下，750~850℃和950~ *国家自然科学基金资助课题No.69772014)第 2 4 卷 第 3 期 2 0 02 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s ity o f S c ic n e e a n d Te e b n o l o gy B e ij i n g M 〕】 一 2 4 N O 一 3 J u n . 2 00 2 不锈钢热变形流动应力数学模型 樊百林 ” 严 国安 ” 管克智 ” 刘 临 ” 黄永健 2 , l) 北京科技大学机械工程学院 , 北京 10 0 0 83 2) 石家庄钢铁股份有 限公 司 , 石家庄 0 5 0 0 31 3 ) 北京科技大学 开发总公司 摘 要 采用 恒变形 率凸轮压 缩试 验机对 不锈 钢 o cr l3 热变形 流动 应力进 行 了试验 研究 , 分 析 了变形 温度 、 变形 速率 、 变形 程度 对流 动应 力 的影响 , 同时对不 同 的数学模 型结 构形式 进行 了非 线性 回归 , 提 出 了 2 个 非线 性流 动应力 数学模型 . 分 温度段 回归数 学模 型与试验数 据具有 较高 的拟 合精度 , 全温 度段 回归 的数 学模 型便于计算机控 制在线 生产 . 关键 词 不锈 钢 ; 流动应 力 ; 数 学模 型 ; 凸 轮试验 机 ; 变 形温度 分类 号 T G 1 1 3 . 2 5 T G 1 4 2 . 7 1 流动应力值是 表征不锈钢压力加工性 能的 1 个基本 量 , 是计 算各种压力加 工过程和变形 功 的主要 参数 , 是制定合理工艺 规程和设计 轧 钢 生产 数学模型 必不 可 少 的参数 . 研究流 动应 力还可 以进一步 了解不锈钢在变形过程中组织 和 性能 的 变化 , 确 定塑 性变形 的机 理 , 弄清规 律 , 有 助于控制整个 塑性 变形过程 的进行 . 玻璃粉做润 滑剂 . 1 热变形试验研究方法 1 . 1 材料 、 设备及试验方法 采用北京科技 大学设计 制造 的凸 轮式 高速 形 变试 验机 , 以 等变形速率压缩 端面上带 凹槽 并在 凹槽 内充满不 同软化点的润滑剂的圆柱形 试件 `, , , 试件尺寸如图 1所示 . 每个试验条件重复 2 个试样 . 试验 范 围为变形温度 =t 7 50 一 1 150 ℃ , 变 形速率 u = 5 一 8 0 5 一 ’ , 变形程度 。 = in (H/ h ) = 0 一 0 . 6 93 1 . 试验 用 的不锈钢 成分质量分数如下 : C 为 0 . 0 5 7% ; 5 1为 0 . 4 5% : M ll 为 0 . 2 4 ; P 为 0 . 0 1 6% : S 为 0 . 0 0 5% : C r 为 12 . 6 6% : N i 为 0 . 0 9 % ; A IO . 0 1 6% . 为 了 保 证压 缩 时使 试 样接 近 单 向应 力状 态 , 必须使压缩表面具有 良好 的润 滑条件 , 为此 采 用 了玻璃粉润 滑剂 . 由于不 同化学成分 的玻 璃 粉的软化点不 同 , 因此 , 在 不 同的试验 温度 下 , 同一玻璃 粉具有 不同的润滑效果 ;同样对 于 同一润滑剂 , 在相同的试 验条件下 , 对于不同的 材质如 钢和 铜 , 其 润 滑效果也不 同 . 所 以 , 本试 验在不 同的试验温度 下 , 采用 不 同化学成分 的 收 稿日期 2 0 01 一 12 一 27 樊百林 女 , 37 岁 , 副 教授 * 国家 自然科学基 金资助课题《N o . 6 9 77 2 0 14 ) 卜欠 少 刁! 】 { 父少今争仁 一 ! 乙/ 厂 一 / / -H 一 { 勺」 中12士 0 . 0 1 图 1 试件 尺寸 F ig . l T h e d im e n s i o n o f t e s t P i e e e 1 . 2 微机高速 数据采集 系统 试验数据收集采用带有 瞬态波形存贮器(记 忆示波器 ) 的微机 高速数据采集 系统 ’ 2,3] , KI K - u s u l 公 司 生产 . 凸轮形变试验 机最高转速 为 40 0 r / n l i n , 波形 持续时间 为 8 ~ 130 m s . 为 了保证 在如此短 的时间 内采到正确波形 , 在试验 机上 安装有非接触 的触发 装置 . 2 试验结果及其分析 2 . 1 变形温度对流动应力的影响 不锈钢 OC r l 3 在 8 5 0 ℃ 的流动应力 比 9 0 0℃ 小 . 这是 因为 由于 温度升高 , 铁素体型 不锈钢转 变为奥 氏体 型不 锈钢 , 而奥 氏体型 不锈钢 的加 工硬化率 比铁 素体型 不锈钢 的加 工硬化率 大 , 所以 9 0 ℃ 时的流动应力反而增大 14, 5] . 在变形速 率 、 变形程度一定 的条件下 , 7 50 一 8 50 ℃ 和 9 50 一 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 055