[發明專利]針對車軸多道次多工步鍛造成形過程的晶粒尺寸預測方法

在審

• 申請號: 202110042207.5
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN114764525A
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 向華;馬進;莊新村;趙震
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G01N25/00;G06Q10/04;G06Q50/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種車軸鍛件的晶粒尺寸快速預測方法，其特征在于，基于單道次、雙道次熱模擬實驗和加熱保溫實驗，分別構建所用材料的動態再結晶模型、亞動態再結晶及靜態再結晶模型和晶粒長大模型，從而搭建針對車軸鋼的宏微觀集成仿真平臺，設計不同工藝參數的成形工藝方案并分別在宏微觀集成仿真平臺中對車軸不同工藝方案下的鍛造過程進行全流程晶粒尺寸演變的數值仿真，建立車軸鍛件晶粒尺寸評價標準，獲取用于訓練多層神經網絡的數據集，最后將訓練后的多層神經網絡進行車軸鍛件整體晶粒尺寸及均勻度的快速預測；

所述的動態再結晶模型包括：動態再結晶動力學模型及晶粒尺寸模型其中：ε＞ε_c，X_drx為動態再結晶分數，ε為變形的應變，ε_c為動態再結晶臨界應變，ε_0.5為發生50％動態再結晶時的應變，D_drx為動態再結晶晶粒尺寸(μm)，為應變速率，Q為形變激活能(J/mol)，R為氣體普適常數，T為絕對溫度(K)，a、A、n、b為與車軸鋼材料相關的參數；

所述的亞動態再結晶及靜態再結晶模型包括：亞動態/靜態再結晶動力學模型及晶粒尺寸模型其中：t為時間，t_0.5為發生50％亞動態/靜態再結晶需要的時間，X為亞動態/靜態再結晶體積分數，A、k、m、l、p、n為材料參數，Q為形變激活能(J/mol)，T為絕對溫度(K)，X為亞動態/靜態再結晶的軟化分數，ε和分別為應變和應變速率，D為亞動態/靜態再結晶的晶粒尺寸(μm)；

所述的晶粒長大模型其中：d_t為在t時刻的晶粒尺寸(μm)，d₀為初始狀態的晶粒尺寸(μm)，t為保溫時長(s)，T為保溫過程的溫度(K)，Q為激活能(J/mol)，R為氣體常數，A和n為和車軸鋼相關的晶粒長大參數；

所述的宏微觀集成仿真包括：對車軸鍛造過程宏觀意義上的力學性能和外形尺寸仿真以及微觀意義上的車軸鍛造全流程微觀晶粒演變實時追蹤。

2.根據權利要求1所述的車軸鍛件的晶粒尺寸快速預測方法，其特征是，所述的單道次熱模擬實驗包括：900-1200℃的變形溫度區間和0.01-10/s的應變速率區間條件下的壓縮實驗；

所述的雙道次熱模擬實驗包括：溫度在900-1200℃之間、應變速率在0.01-1/s之間、預應變在0.1-0.5之間、初始晶粒尺寸在160-250μm之間、道次間隔設置在1-300s條件下的雙道次壓縮實驗；

所述的加熱保溫實驗，即溫度在900-1200℃、保溫時間在0-8h條件下的加熱保溫。

3.根據權利要求1所述的車軸鍛件的晶粒尺寸快速預測方法，其特征是，所述的宏微觀集成仿真平臺，通過將模型編譯成有限元軟件FORGE可識別的子程序組成，具體為：力學模型及微觀晶粒演變模型的寫入以及所用車軸鋼材料庫的編寫兩個過程，通過有限元軟件FORGE提供的用戶自定義接口集成到軟件中，實現對車軸多工步多道次成形過程的全流程宏微觀集成仿真。

4.根據權利要求1或3所述的車軸鍛件的晶粒尺寸快速預測方法，其特征是，所述的宏微觀集成仿真平臺，經壓縮實驗進行有限元模型校準，該壓縮實驗包括：單道次與雙道次熱壓縮實驗，根據實驗結果校準有限元模型的模擬結果，保證數值模擬的準確性。

5.根據權利要求1所述的車軸鍛件的晶粒尺寸快速預測方法，其特征是，所述的鍛造過程全流程包括：倒棱、滾圓、粗鍛軸頸、精鍛軸頸；

所述的工藝參數包括：坯料的初始晶粒尺寸和成形過程的壓下量；

所述的成形工藝方案包括：不同坯料初始晶粒尺寸、倒棱壓下量、滾圓壓下量、粗鍛軸頸壓下量以及精鍛軸頸壓下量的工藝參數組合。

6.根據權利要求1所述的車軸鍛件的晶粒尺寸快速預測方法，其特征是，所述的全流程晶粒尺寸演變的數值仿真包括：車軸鍛件在倒棱、滾圓、粗鍛軸頸、精鍛軸頸四個工步下不同部位的晶粒尺寸演變情況。