[发明专利]针对车轴多道次多工步锻造成形过程的晶粒尺寸预测方法

权利要求书

1.一种车轴锻件的晶粒尺寸快速预测方法，其特征在于，基于单道次、双道次热模拟实验和加热保温实验，分别构建所用材料的动态再结晶模型、亚动态再结晶及静态再结晶模型和晶粒长大模型，从而搭建针对车轴钢的宏微观集成仿真平台，设计不同工艺参数的成形工艺方案并分别在宏微观集成仿真平台中对车轴不同工艺方案下的锻造过程进行全流程晶粒尺寸演变的数值仿真，建立车轴锻件晶粒尺寸评价标准，获取用于训练多层神经网络的数据集，最后将训练后的多层神经网络进行车轴锻件整体晶粒尺寸及均匀度的快速预测；

所述的动态再结晶模型包括：动态再结晶动力学模型及晶粒尺寸模型其中：ε＞ε_c，X_drx为动态再结晶分数，ε为变形的应变，ε_c为动态再结晶临界应变，ε_0.5为发生50％动态再结晶时的应变，D_drx为动态再结晶晶粒尺寸(μm)，为应变速率，Q为形变激活能(J/mol)，R为气体普适常数，T为绝对温度(K)，a、A、n、b为与车轴钢材料相关的参数；

所述的亚动态再结晶及静态再结晶模型包括：亚动态/静态再结晶动力学模型及晶粒尺寸模型其中：t为时间，t_0.5为发生50％亚动态/静态再结晶需要的时间，X为亚动态/静态再结晶体积分数，A、k、m、l、p、n为材料参数，Q为形变激活能(J/mol)，T为绝对温度(K)，X为亚动态/静态再结晶的软化分数，ε和分别为应变和应变速率，D为亚动态/静态再结晶的晶粒尺寸(μm)；

所述的晶粒长大模型其中：d_t为在t时刻的晶粒尺寸(μm)，d₀为初始状态的晶粒尺寸(μm)，t为保温时长(s)，T为保温过程的温度(K)，Q为激活能(J/mol)，R为气体常数，A和n为和车轴钢相关的晶粒长大参数；

所述的宏微观集成仿真包括：对车轴锻造过程宏观意义上的力学性能和外形尺寸仿真以及微观意义上的车轴锻造全流程微观晶粒演变实时追踪。

2.根据权利要求1所述的车轴锻件的晶粒尺寸快速预测方法，其特征是，所述的单道次热模拟实验包括：900-1200℃的变形温度区间和0.01-10/s的应变速率区间条件下的压缩实验；

所述的双道次热模拟实验包括：温度在900-1200℃之间、应变速率在0.01-1/s之间、预应变在0.1-0.5之间、初始晶粒尺寸在160-250μm之间、道次间隔设置在1-300s条件下的双道次压缩实验；

所述的加热保温实验，即温度在900-1200℃、保温时间在0-8h条件下的加热保温。

3.根据权利要求1所述的车轴锻件的晶粒尺寸快速预测方法，其特征是，所述的宏微观集成仿真平台，通过将模型编译成有限元软件FORGE可识别的子程序组成，具体为：力学模型及微观晶粒演变模型的写入以及所用车轴钢材料库的编写两个过程，通过有限元软件FORGE提供的用户自定义接口集成到软件中，实现对车轴多工步多道次成形过程的全流程宏微观集成仿真。

4.根据权利要求1或3所述的车轴锻件的晶粒尺寸快速预测方法，其特征是，所述的宏微观集成仿真平台，经压缩实验进行有限元模型校准，该压缩实验包括：单道次与双道次热压缩实验，根据实验结果校准有限元模型的模拟结果，保证数值模拟的准确性。

5.根据权利要求1所述的车轴锻件的晶粒尺寸快速预测方法，其特征是，所述的锻造过程全流程包括：倒棱、滚圆、粗锻轴颈、精锻轴颈；

所述的工艺参数包括：坯料的初始晶粒尺寸和成形过程的压下量；

所述的成形工艺方案包括：不同坯料初始晶粒尺寸、倒棱压下量、滚圆压下量、粗锻轴颈压下量以及精锻轴颈压下量的工艺参数组合。

6.根据权利要求1所述的车轴锻件的晶粒尺寸快速预测方法，其特征是，所述的全流程晶粒尺寸演变的数值仿真包括：车轴锻件在倒棱、滚圆、粗锻轴颈、精锻轴颈四个工步下不同部位的晶粒尺寸演变情况。