第42卷第3期 Vol.42No.3
假压技
FORGING&STAMPINGTECHNOLOGY
2017年3月 Mar.2017
基于热加工图的20CrMnTiH钢热成形性能及斜齿轮热成形模拟
秦飞12，冯玮12
（1，武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉430070；2.现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，潮北武汉430070）摘要：针对齿轮材料20CrMnTiH钢的热加工工艺优化的需求，建立了其基于动态材料模型（DMM）的不同应变下的热加工图，揭示了应变对其加工性能的影响规律，得到了成形过程中的安全区和失稳区，并获得了该材料最佳热加工工艺窗口。结合有限元组织模拟和微观组织观察分析，验证了热加工图的可靠性和其热变形组织模拟的准确性。基于DEFORM-3D建立了斜齿轮变形-传热一微观组织演化耦合的有限元模型，结合热加工图所获得的优化变形温度和变形速率区间，模拟分析了斜齿轮热精密成形微观变形规律，
关键词：20CrMnTiH钢；热加工图：斜齿轮；精密锻造；有限元模拟；动态再结晶 DOI: 10. 13330/j, issn. 1000-3940. 2017. 03. 026
中图分类号：TG142.1
文献标识码：A
文章编号：1000-3940（2017）03-0137-08
Hotformabilityofsteel2oCrMnTiHbasedonhotprocessingmapand
simulation on hot forming of helical gear
Qin Fei'2, Feng Weil-2
(1. School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
2. Hubei Key Laboratory of Advanced Technology of Automotive Parts, Wuhan 430070, China)
Abstract; According to the requirement of bot processing optimization for steel 20CrMnTiH, the hot processing maps were establisbed under diferent strains based on the dynamic material model ( DMM) , and the influences of strain on the hot workability were explored. Then, the safe region and instable region were determined, and the optimal hot processing window also could be obtained. Furthermore, combining microstructural observation and FEM simulation of microstructure, the reliability of hot processing map and the accuracy of microstructural simulation were verified. At last, the coupled finite element model of helical gear was established by DEFORM-3D, and the micro-deformation evolution laws were simulated by the optimal defomation temperature and strain rate region obtained by hot process-ing maps, which provided the theoretical and technical foundations for the hot forming of helical gear.
Key words: steel 20CrMnTiH; hot processing map; helical gear; precision forming; FEM; dynamic recrystallization
斜齿轮由于传动平稳、噪音小以及良好的承载能力和传动性，在汽车、能源、航空航天、重工等行业中得到广泛使用。传统的切削加工齿轮零件的方法材料利用率低、能耗大、生产成本高，且材料的金属纤维被切断，严重影响齿轮的使用性能和工作寿命。斜齿轮热精密锻造技术以其生产率和材料利用率高、生产成本低和锻件的强度和硬度高等优
收稿日期：20160821；修订日期：20161120
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51475344）；期北省自然科学基金资助项目（2014CFB855）
作者简介：秦飞（1992-），男，硕士研究生 E-mail; 1308806259@qq com
通讯作者：冯玮（1973-），女，博士，副教授
E-mail; fengwei@ whut edu. cn 万方数据
势，受到越来越多的学者和生产企业的青睐[1-2] 20CrMnTiH是一种性能良好的低碳合金钢，广泛应用于制造承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴、十字销头等，许多学者对其热变形行为、本构方程的构建和微观组织演化规律等方面进行了研究(3-4)。
热精密锻造过程中，热力耦合作用导致其材料内部复杂的微观组织行为，而其宏观与微观变形均受到变形温度、变形速率和变形程度等工艺参数影响。因此，研究20CrMnTiH钢的热变形行为和热成形性能，揭示其热变形在不同工艺参数条件下的变形特点和微观组织机制，对确定合理的热加工工艺窗口具有重要的意义。目前，基于动态材料模型（DMM）的热加工图被广泛用来评价材料热加工性能的优劣，利用热加工图可以分析和预测材料在不