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38MnSiVS5非调质钢（化学成分物理性能力学性能）转向节的热锻成型数值模拟
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-10-09
宝钢生产的特种钢SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等，用于制造发动机的热锻连杆、曲轴、轮毂、转向节和花键轴。以汽车38MnSiVS5非调质钢转向节的热锻成形过程为研究对象，并对其进行数值模拟和分析，研究了辊锻件设计对成形载荷和锻造缺陷的影响，最后分析了阻力墙的设置对坯料中金属流动和充填的作用。
非调质钢的出现源于20世纪70年代的能源危机，随后得到各国的大力发展，逐渐代替了传统模锻件常用的碳结构钢和合金钢等，后两者均需要通过热处理来改善组织和提高性能。在非调质钢的发展过程中，德国Thyssen公司最早开发出了曲轴非调质钢49MnVS3，之后是日本钢铁厂加入到非调质钢的研发队伍中。
随着一系列非调质钢的推出和应用，汽车上的热锻件开始普遍采用非调质钢生产，常见的零件包括发动机中的曲轴、连杆、转向节和前轴等关键零部件。日本生产的汽车有75%采用非调质钢连杆，对于曲轴是60%，德国的汽车也达到了同等水平。其他发达国家均采用非调质钢代替传统钢材来生产热锻件。为了应对国际市场的竞争，国内钢厂也纷纷研发出相应的非调质钢，例如宝钢生产的特种钢SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等，用于制造发动机的热锻连杆、曲轴、轮毂、转向节和花键轴。所生产的锻件具有良好的机加工性能和使用性能。
上海工程技术大学的研究者们以汽车38MnSiVS5非调质钢转向节的热锻成形过程为研究对象，并对其进行数值模拟和分析，研究了辊锻件设计对成形载荷和锻造缺陷的影响，最后分析了阻力墙的设置对坯料中金属流动和充填的作用。
研究对象是IMV皮卡的转向节，其材料为德国进口的38MnSiVS5非调质钢。由于省去了锻后热处理工序，38MnSiVS5非调质钢转向节的热锻工艺简化为：下料→中频加热→辊锻制坯→弯曲→预锻→终锻→切边精整→可控冷却→抛丸→探伤→检验→防锈入库。
38MnSiVS5非调质钢转向节的锻造工艺采用预锻+终锻的模锻方式，模具材料为H13钢。研究所用的38MnSiVS5非调质钢为德国钢，其化学成分见表1，物理性能见表2。38MnSiVS5主要用于汽车及其他车辆的锻造部件，组件的强度由锻造后控制冷却保证。常见的组件如活塞连杆、发动机连杆、曲轴和转向节等，这些组件的锻造加热温度和锻后控制冷却速度是决定锻件质量过关与否的关键步骤。
表1 38MnSiVS5非调质钢的化学成分（%，质量分数）
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
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表2 38MnSiVS5非调质钢的物理性能
物理参数
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数值
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密度/(kg·m3)
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7670
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杨氏模量/×103MPa
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210
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在20℃的电阻率/（Ω·m）
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0.19
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在20℃的导热率/（W·(m·K)-1）
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42.6
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在20℃的比热容/（J·(kg·K)-1）
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470
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38MnSiVS5非调质钢的力学性能：在沉淀强化条件下的室温屈服强度为520MPa，拉伸强度为800～950MPa，伸长率为12%，热处理组件的屈服强度为620MPa。对38MnSiVS5非调质钢转向节的热锻成型数值模拟结果表明：
（1）适当增加辊锻坯料头部直径有助于坯料充模，但头部直径过大会导致成形载荷急剧上升；
（2）通过合理设置阻力墙迫使金属侧向流动，有利于转向节头部5个叉的成形，从而避免辊锻坯料直径过大。
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