23Co13Ni11Cr3Mo超高強(qiáng)度鋼具有非常好的強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性及延展性,在飛機(jī)制造領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,如飛機(jī)起落架關(guān)鍵承力構(gòu)件、氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等。該鋼構(gòu)件優(yōu)良的力學(xué)性能取決于材料成形與熱處理過程形成的微觀組織。鍛造成形是飛機(jī)關(guān)鍵承力構(gòu)件的主要成形方式,開展23Co13Ni11Cr3Mo鋼材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以及成形工藝研究對(duì)航空關(guān)鍵零件的生產(chǎn)具有重要的工程意義。長(zhǎng)期以來,鍛造成形工藝主要依靠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和鍛造試驗(yàn)的方法獲得,不僅試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng),而且難以全面分析工藝參數(shù)對(duì)成形的影響規(guī)律。有限元法輔助鍛壓工藝設(shè)計(jì)是目前先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)方法,通過與材料實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,研究材料在模腔內(nèi)的流動(dòng)狀況、鍛件的溫度分布、應(yīng)力應(yīng)變和成形載荷,進(jìn)而對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,避免缺陷的發(fā)生,對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本具有重要意義。本文以23Co13Ni11Cr3Mo鋼模鍛件為研究對(duì)象,在Gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了材料的熱壓縮試驗(yàn),建立了材料流變應(yīng)力模型；借助有限元仿真技術(shù),研究了不同的變形溫度、摩擦因子、變形速率等工藝參數(shù)對(duì)模鍛件成形的影響,為該鋼模鍛件工藝規(guī)程的制定提供依據(jù)。 

　　流變應(yīng)力是影響材料成形的重要因素,不僅受材料特性的影響,而且取決于變形工藝參數(shù)。在變形方式確定的情況下,變形溫度和應(yīng)變速率是材料成形過程最主要的控制參數(shù),因此研究變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)流變應(yīng)力的影響對(duì)指導(dǎo)材料成形有重要的理論和實(shí)際意義。流變應(yīng)力模型是鍛造成形工藝的數(shù)值仿真重要的材料模型,需要通過熱壓縮實(shí)驗(yàn)獲得。

　　在Gleeble-1500熱模擬機(jī)上進(jìn)行材料熱壓縮實(shí)驗(yàn),試樣尺寸為Φ8mm×12mm。為了避免試樣在高溫下氧化,在保護(hù)氣體下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為消除端面摩擦對(duì)變形抗力的影響,在端面添加潤(rùn)滑劑。試驗(yàn)選取變形溫度為900、950、1000、1050和1100℃,變形速率為0.001、0.01、0.1和1s-1,變形程度為60%。試樣以10℃/s的加熱速率升溫,加熱至1176℃后保溫5min,以保證奧氏體均勻化,然后以5℃/s的冷卻速度冷卻到變形溫度,保溫60s后進(jìn)行壓縮變形,變形結(jié)束后立即水淬。

　　通過熱壓縮實(shí)驗(yàn)確定了23Co13Ni11Cr3Mo超高強(qiáng)鋼的流變應(yīng)力模型為雙曲正弦形式。變形溫度對(duì)鍛件成形影響較大,適當(dāng)?shù)脑龃笞冃螠囟?可以減小成形載荷,增強(qiáng)材料的流動(dòng)性,使變形均勻,23Co13Ni11Cr3Mo超高強(qiáng)鋼的適宜的鍛造溫度在1100℃左右。模具與坯料的摩擦因子越小,成形載荷越小,難變形區(qū)域的成形得到改善,使得鍛件整體變形更加均勻。變形速率對(duì)成形載荷的影響甚微,但對(duì)鍛件的溫度有較大的影響,變形速率越大,鍛件的溫升越明顯,針對(duì)該鍛件選擇成形速度為10mm/s。