·84· 工程科学学报，第38卷，第1期 (a) 1000 20道次 1200 b -20道次 一15道次 1000 15道次 80n 10道次 10道次 600 吃影 600 400 锻造期 空冷期 400 200 空冷期 200 /锻造期 06 200400 60080010001200 20040060080010001200 棋锻时间 模段时间/s 24c) 20道次 2.8-(d) 20道次 15道次 24 15道次 20 10道次 10道次 1.6 2.0 1.2 国 12 0.8 0.8 04 0.4 102030405060 模锻时间s 模敏时间s 图111040℃P2和P%点形变参数随道次的变化.(a)P2点温度-时间曲线：()P6点温度-时间曲线：(c)P2点应变速率-时间曲线：(d) P6点应变速率-时间曲线 Fig.11 Changes of deformation parameters with forging passes at 1040C:(a)T of Point p2:(b)T of Point ps:(c)of Point p2;(d) of Point Po 综合以上结果，锻造工艺应该为温度1000~1100 3 ℃，15道次或以上. 结论 2.4.3晶粒尺寸的模拟 (1)CrCo-Mo-Ni高合金齿轮钢热变形过程中 为进一步缩小实际生产中锻造温度区间并验证热 流变应力随温度的升高而降低，随应变速率的增加而 加工图和有限元模拟相结合指导的工艺能否达到该钢 增加，表现出正的应变速率敏感性 种的晶粒度要求，用DEFORM--3D软件模拟了初锻温 (2)在热模拟试验基础上建立了材料的本构方程 度分别为1040℃和1140℃、15道次下空冷终点锻件 和热加工图.其在热变形过程中的流变应力可以用双 P和P6点平均晶粒尺寸的变化情况，并与在此工艺指 曲线正弦函数本征方程来描述，表达式为 导下生产出的实际锻件的晶粒尺寸进行比较，结果如 图12所示.其中图12(a)~(d)是模拟结果，图12(e)~ e=5.2x102sinh(0.0372o,)ep（ 487208.451 RT (0)是1040℃时锻件的实际晶粒，图12(g)是生产出 热加工的适宜区间为变形温度1000~1100℃，应变速 的锻件. 率0.1~1s 由图12(a)~(d)看出：初锻温度为1040℃，模拟 (3)采用有限元模拟试验钢的锻造过程结果表明 得到的空冷终点锻件P2和P6点的平均晶粒尺寸为 初锻温度对锻件物理场有较大影响.当初锻温度低于 32.3~38.9um,晶粒度为6~6.5级.在1140℃时，P2 950℃时，锻件部分区域的最大应变速率远大于1s: 点晶粒粗大，平均晶粒尺寸为62.59μm,晶粒度4.5 初锻温度在1040℃以上时，锻件各区域的最大应变速 级：P6点晶粒尺寸平均为49.66um,晶粒度5级. 率在1s左右，适合加工.锻造道次对温度场的影响 实际锻件P2和P6点的晶粒尺寸为27.7~40um, 较小，对应变速率的影响较大.当变形温度为1040℃、 晶粒度6~6.5级（图12(）~(0).模拟结果与实际 锻造道次低于15时，锻件部分区域的应变速率远大于 情况接近. 1s,容易发生流变失稳 实际锻件要求晶粒尺寸低于40μm,晶粒度6~ (4)根据热加工图和有限元模拟得到的实际锻造 6.5级.由此可见当初锻温度为1040℃，锻造道次15 工艺为初锻温度1040℃和锻造道次15次，实际锻件 次时可达到此要求. 空冷时P2和P6点的晶粒尺寸为27.7~40um,晶粒度工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 图 11 1040 ℃ p2和 p6点形变参数随道次的变化． ( a) p2点温度--时间曲线; ( b) p6点温度--时间曲线; ( c) p2点应变速率--时间曲线; ( d) p6点应变速率--时间曲线 Fig． 11 Changes of deformation parameters with forging passes at 1040 ℃ : ( a) T--t of Point p2 ; ( b) T--t of Point p6 ; ( c) ε ·--t of Point p2 ; ( d) ε ·--t of Point p6 综合以上结果，锻造工艺应该为温度 1000 ～ 1100 ℃，15 道次或以上． 2. 4. 3 晶粒尺寸的模拟 为进一步缩小实际生产中锻造温度区间并验证热 加工图和有限元模拟相结合指导的工艺能否达到该钢 种的晶粒度要求，用 DEFOＲM--3D 软件模拟了初锻温 度分别为 1040 ℃ 和 1140 ℃、15 道次下空冷终点锻件 p2和 p6点平均晶粒尺寸的变化情况，并与在此工艺指 导下生产出的实际锻件的晶粒尺寸进行比较，结果如 图12 所示． 其中图 12( a) ～ ( d) 是模拟结果，图 12( e) ～ ( f) 是 1040 ℃时锻件的实际晶粒，图 12( g) 是生产出 的锻件． 由图 12( a) ～ ( d) 看出: 初锻温度为 1040 ℃，模拟 得到的空冷终点锻件 p2 和 p6 点的平均晶粒尺寸为 32. 3 ～ 38. 9 μm，晶粒度为 6 ～ 6. 5 级． 在 1140 ℃时，p2 点晶粒粗大，平均晶粒尺寸为 62. 59 μm，晶粒度 4. 5 级; p6点晶粒尺寸平均为 49. 66 μm，晶粒度 5 级． 实际锻件 p2和 p6点的晶粒尺寸为 27. 7 ～ 40 μm， 晶粒度 6 ～ 6. 5 级( 图 12( e) ～ ( f) ) ． 模拟结果与实际 情况接近． 实际锻件要求晶粒尺寸低于 40 μm，晶粒度 6 ～ 6. 5 级． 由此可见当初锻温度为 1040 ℃，锻造道次 15 次时可达到此要求． 3 结论 ( 1) Cr--Co--Mo--Ni 高合金齿轮钢热变形过程中 流变应力随温度的升高而降低，随应变速率的增加而 增加，表现出正的应变速率敏感性． ( 2) 在热模拟试验基础上建立了材料的本构方程 和热加工图． 其在热变形过程中的流变应力可以用双 曲线正弦函数本征方程来描述，表达式为 ε · = 5. 22 × 1024 sinh( 0. 00372σp ) 10. 74 ( exp － 487208. 45 ) ＲT ， 热加工的适宜区间为变形温度 1000 ～ 1100 ℃，应变速 率 0. 1 ～ 1 s － 1 ． ( 3) 采用有限元模拟试验钢的锻造过程结果表明 初锻温度对锻件物理场有较大影响． 当初锻温度低于 950 ℃时，锻件部分区域的最大应变速率远大于 1 s － 1 ; 初锻温度在 1040 ℃以上时，锻件各区域的最大应变速 率在 1 s － 1左右，适合加工． 锻造道次对温度场的影响 较小，对应变速率的影响较大． 当变形温度为1040 ℃、 锻造道次低于 15 时，锻件部分区域的应变速率远大于 1 s － 1，容易发生流变失稳． ( 4) 根据热加工图和有限元模拟得到的实际锻造 工艺为初锻温度 1040 ℃ 和锻造道次 15 次，实际锻件 空冷时 p2和 p6点的晶粒尺寸为 27. 7 ～ 40 μm，晶粒度 · 48 ·