5CrNiMo芯輥斷裂失效分析及疲勞壽命研究.pdf

1、環(huán)件軋制是通過(guò)環(huán)件軋制設(shè)備使得環(huán)件壁厚減小、直徑擴(kuò)大、截面輪廓成形的一種塑性加工工藝。作為環(huán)件軋制成形模具，芯輥工作環(huán)境惡劣，受交變載荷作用，極易發(fā)生疲勞失效，是環(huán)件軋制生產(chǎn)過(guò)程中的主要失效零件。芯輥是輾環(huán)機(jī)上的重要設(shè)備，也是易損耗部件，芯輥壽命的長(zhǎng)短直接影響其制造成本和效率。
　　本文以某環(huán)件制造企業(yè)5CrNiMo斷裂芯輥為研究對(duì)象，開(kāi)展了斷裂失效分析、環(huán)件熱輾擴(kuò)成形工藝分析、疲勞壽命計(jì)算和疲勞裂紋擴(kuò)展研究，主要的研究?jī)?nèi)容如下：

2、
　　①借助斷口分析技術(shù)，通過(guò)化學(xué)成分析、硬度檢測(cè)、金相分析和掃描電鏡檢查等理化分析手段對(duì)斷裂芯輥進(jìn)行失效分析，分析芯輥斷裂失效原因和失效機(jī)理，確定芯輥的斷裂模式為疲勞斷裂。
　　②在ABAQUS/Explicit環(huán)境下建立環(huán)件閉式徑軸向軋制有限元模型，對(duì)環(huán)件成形過(guò)程進(jìn)行分析優(yōu)化，分析其等效應(yīng)力分布和等效塑性應(yīng)變分布狀態(tài)，同時(shí)獲得芯輥的不同部位的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，為后續(xù)的疲勞壽命分析打下基礎(chǔ)。
　　③在環(huán)件軋制成形有

3、限元分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，獲取5CrNiMo的S-N曲線，提取芯輥的載荷譜，在MSC.Fatigue平臺(tái)上進(jìn)行芯輥的全壽命仿真分析，研究應(yīng)力補(bǔ)償方法、加工方法和表面處理方法等因素對(duì)芯輥疲勞壽命的影響，研究提高芯輥疲勞壽命的方法。
　　④根據(jù)線彈性力學(xué)的相關(guān)理論，研究芯輥的疲勞裂紋擴(kuò)展。在FRANC3D下，計(jì)算三維厚板半橢圓形表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子，其結(jié)果和經(jīng)典理論界最大誤差為0.31％；在FRANC3D上對(duì)芯輥疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行數(shù)值模擬分