23Co13Ni11Cr3Mo超高强度钢模锻件锻造工艺研究

23Co13Ni11Cr3Mo超高强度钢具有非常好的强度、硬度、断裂韧性及延展性,在飞机制造领域应用非常广泛,如飞机起落架关键承力构件、气体涡轮发动机主轴等。该钢构件优良的力学性能取决于材料成形与热处理过程形成的微观组织。锻造成形是飞机关键承力构件的主要成形方式,开展23Co13Ni11Cr3Mo钢材料基础实验以及成形工艺研究对航空关键零件的生产具有重要的工程意义。长期以来,锻造成形工艺主要依靠实际经验和锻造试验的方法获得,不仅试验费用高、周期长,而且难以全面分析工艺参数对成形的影响规律。有限元法辅助锻压工艺设计是目前先进的工艺设计方法,通过与材料实验相结合,研究材料在模腔内的流动状况、锻件的温度分布、应力应变和成形载荷,进而对工艺参数进行优化,避免缺陷的发生,对提高产品质量、降低成本具有重要意义。本文以23Co13Ni11Cr3Mo钢模锻件为研究对象,在Gleeble-1500热模拟试验机上进行了材料的热压缩试验,建立了材料流变应力模型；借助有限元仿真技术,研究了不同的变形温度、摩擦因子、变形速率等工艺参数对模锻件成形的影响,为该钢模锻件工艺规程的制定提供依据。 

　　流变应力是影响材料成形的重要因素,不仅受材料特性的影响,而且取决于变形工艺参数。在变形方式确定的情况下,变形温度和应变速率是材料成形过程最主要的控制参数,因此研究变形温度和应变速率对流变应力的影响对指导材料成形有重要的理论和实际意义。流变应力模型是锻造成形工艺的数值仿真重要的材料模型,需要通过热压缩实验获得。

　　在Gleeble-1500热模拟机上进行材料热压缩实验,试样尺寸为Φ8mm×12mm。为了避免试样在高温下氧化,在保护气体下进行实验。为消除端面摩擦对变形抗力的影响,在端面添加润滑剂。试验选取变形温度为900、950、1000、1050和1100℃,变形速率为0.001、0.01、0.1和1s-1,变形程度为60%。试样以10℃/s的加热速率升温,加热至1176℃后保温5min,以保证奥氏体均匀化,然后以5℃/s的冷却速度冷却到变形温度,保温60s后进行压缩变形,变形结束后立即水淬。

　　通过热压缩实验确定了23Co13Ni11Cr3Mo超高强钢的流变应力模型为双曲正弦形式。变形温度对锻件成形影响较大,适当的增大变形温度,可以减小成形载荷,增强材料的流动性,使变形均匀,23Co13Ni11Cr3Mo超高强钢的适宜的锻造温度在1100℃左右。模具与坯料的摩擦因子越小,成形载荷越小,难变形区域的成形得到改善,使得锻件整体变形更加均匀。变形速率对成形载荷的影响甚微,但对锻件的温度有较大的影响,变形速率越大,锻件的温升越明显,针对该锻件选择成形速度为10mm/s。