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38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼（化學(xué)成分物理性能力學(xué)性能）轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛成型數(shù)值模擬
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.bt990.com.cn
更新時(shí)間：2015-10-09
寶鋼生產(chǎn)的特種鋼SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等，用于制造發(fā)動機(jī)的熱鍛連桿、曲軸、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)和花鍵軸。以汽車38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛成形過程為研究對象，并對其進(jìn)行數(shù)值模擬和分析，研究了輥鍛件設(shè)計(jì)對成形載荷和鍛造缺陷的影響，最后分析了阻力墻的設(shè)置對坯料中金屬流動和充填的作用。
? ?非調(diào)質(zhì)鋼的出現(xiàn)源于20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)，隨后得到各國的大力發(fā)展，逐漸代替了傳統(tǒng)模鍛件常用的碳結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼等，后兩者均需要通過熱處理來改善組織和提高性能。在非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展過程中，德國Thyssen公司最早開發(fā)出了曲軸非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3，之后是日本鋼鐵廠加入到非調(diào)質(zhì)鋼的研發(fā)隊(duì)伍中。
隨著一系列非調(diào)質(zhì)鋼的推出和應(yīng)用，汽車上的熱鍛件開始普遍采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)，常見的零件包括發(fā)動機(jī)中的曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)和前軸等關(guān)鍵零部件。日本生產(chǎn)的汽車有75%采用非調(diào)質(zhì)鋼連桿，對于曲軸是60%，德國的汽車也達(dá)到了同等水平。其他發(fā)達(dá)國家均采用非調(diào)質(zhì)鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材來生產(chǎn)熱鍛件。為了應(yīng)對國際市場的競爭，國內(nèi)鋼廠也紛紛研發(fā)出相應(yīng)的非調(diào)質(zhì)鋼，例如寶鋼生產(chǎn)的特種鋼SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等，用于制造發(fā)動機(jī)的熱鍛連桿、曲軸、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)和花鍵軸。所生產(chǎn)的鍛件具有良好的機(jī)加工性能和使用性能。
上海工程技術(shù)大學(xué)的研究者們以汽車38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛成形過程為研究對象，并對其進(jìn)行數(shù)值模擬和分析，研究了輥鍛件設(shè)計(jì)對成形載荷和鍛造缺陷的影響，最后分析了阻力墻的設(shè)置對坯料中金屬流動和充填的作用。
研究對象是IMV皮卡的轉(zhuǎn)向節(jié)，其材料為德國進(jìn)口的38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼。由于省去了鍛后熱處理工序，38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛工藝簡化為：下料→中頻加熱→輥鍛制坯→彎曲→預(yù)鍛→終鍛→切邊精整→可控冷卻→拋丸→探傷→檢驗(yàn)→防銹入庫。
38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造工藝采用預(yù)鍛+終鍛的模鍛方式，模具材料為H13鋼。研究所用的38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼為德國鋼，其化學(xué)成分見表1，物理性能見表2。38MnSiVS5主要用于汽車及其他車輛的鍛造部件，組件的強(qiáng)度由鍛造后控制冷卻保證。常見的組件如活塞連桿、發(fā)動機(jī)連桿、曲軸和轉(zhuǎn)向節(jié)等，這些組件的鍛造加熱溫度和鍛后控制冷卻速度是決定鍛件質(zhì)量過關(guān)與否的關(guān)鍵步驟。
表1??38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分（%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）
元素
|
C
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Si
|
Mn
|
V
|
含量
|
0.34～0.41
|
0.15～0.80
|
1.20～1.60
|
0.08～0.20
|
?
表2??38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼的物理性能
物理參數(shù)
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數(shù)值
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密度/(kg·m3)
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7670
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楊氏模量/×103MPa
|
210
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在20℃的電阻率/（Ω·m）
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0.19
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在20℃的導(dǎo)熱率/（W·(m·K)-1）
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42.6
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在20℃的比熱容/（J·(kg·K)-1）
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470
|
?
?????38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能：在沉淀強(qiáng)化條件下的室溫屈服強(qiáng)度為520MPa，拉伸強(qiáng)度為800～950MPa，伸長率為12%，熱處理組件的屈服強(qiáng)度為620MPa。對38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛成型數(shù)值模擬結(jié)果表明：
????（1）適當(dāng)增加輥鍛坯料頭部直徑有助于坯料充模，但頭部直徑過大會導(dǎo)致成形載荷急劇上升；
（2）通過合理設(shè)置阻力墻迫使金屬側(cè)向流動，有利于轉(zhuǎn)向節(jié)頭部5個(gè)叉的成形，從而避免輥鍛坯料直徑過大。
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