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38MnSiVS5非調質鋼（化學成分物理性能力學性能）轉向節(jié)的熱鍛成型數值模擬
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時間：2015-10-09
寶鋼生產的特種鋼SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等，用于制造發(fā)動機的熱鍛連桿、曲軸、輪轂、轉向節(jié)和花鍵軸。以汽車38MnSiVS5非調質鋼轉向節(jié)的熱鍛成形過程為研究對象，并對其進行數值模擬和分析，研究了輥鍛件設計對成形載荷和鍛造缺陷的影響，最后分析了阻力墻的設置對坯料中金屬流動和充填的作用。
? ?非調質鋼的出現源于20世紀70年代的能源危機，隨后得到各國的大力發(fā)展，逐漸代替了傳統(tǒng)模鍛件常用的碳結構鋼和合金鋼等，后兩者均需要通過熱處理來改善組織和提高性能。在非調質鋼的發(fā)展過程中，德國Thyssen公司最早開發(fā)出了曲軸非調質鋼49MnVS3，之后是日本鋼鐵廠加入到非調質鋼的研發(fā)隊伍中。
隨著一系列非調質鋼的推出和應用，汽車上的熱鍛件開始普遍采用非調質鋼生產，常見的零件包括發(fā)動機中的曲軸、連桿、轉向節(jié)和前軸等關鍵零部件。日本生產的汽車有75%采用非調質鋼連桿，對于曲軸是60%，德國的汽車也達到了同等水平。其他發(fā)達國家均采用非調質鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材來生產熱鍛件。為了應對國際市場的競爭，國內鋼廠也紛紛研發(fā)出相應的非調質鋼，例如寶鋼生產的特種鋼SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等，用于制造發(fā)動機的熱鍛連桿、曲軸、輪轂、轉向節(jié)和花鍵軸。所生產的鍛件具有良好的機加工性能和使用性能。
上海工程技術大學的研究者們以汽車38MnSiVS5非調質鋼轉向節(jié)的熱鍛成形過程為研究對象，并對其進行數值模擬和分析，研究了輥鍛件設計對成形載荷和鍛造缺陷的影響，最后分析了阻力墻的設置對坯料中金屬流動和充填的作用。
研究對象是IMV皮卡的轉向節(jié)，其材料為德國進口的38MnSiVS5非調質鋼。由于省去了鍛后熱處理工序，38MnSiVS5非調質鋼轉向節(jié)的熱鍛工藝簡化為：下料→中頻加熱→輥鍛制坯→彎曲→預鍛→終鍛→切邊精整→可控冷卻→拋丸→探傷→檢驗→防銹入庫。
38MnSiVS5非調質鋼轉向節(jié)的鍛造工藝采用預鍛+終鍛的模鍛方式，模具材料為H13鋼。研究所用的38MnSiVS5非調質鋼為德國鋼，其化學成分見表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)動機連桿、曲軸和轉向節(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量過關與否的關鍵步驟。
表1??38MnSiVS5非調質鋼的化學成分（%，質量分數）
元素
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C
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Si
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Mn
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V
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含量
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0.34～0.41
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0.15～0.80
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1.20～1.60
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0.08～0.20
|
?
表2??38MnSiVS5非調質鋼的物理性能
物理參數
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數值
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密度/(kg·m3)
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7670
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楊氏模量/×103MPa
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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
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?
?????38MnSiVS5非調質鋼的力學性能：在沉淀強化條件下的室溫屈服強度為520MPa，拉伸強度為800～950MPa，伸長率為12%，熱處理組件的屈服強度為620MPa。對38MnSiVS5非調質鋼轉向節(jié)的熱鍛成型數值模擬結果表明：
????（1）適當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致成形載荷急劇上升；
（2）通過合理設置阻力墻迫使金屬側向流動，有利于轉向節(jié)頭部5個叉的成形，從而避免輥鍛坯料直徑過大。
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