利用Forge和JMatPro开展30CrMo4钢的锤锻过程研究

CAE模拟工具正越来越多地用于金属行业，以加快加工和制造的速度。计算能力的最新进展使这种模拟能够考虑金属加工过程中的许多物理现象，通常包括传热（热场）、变形(应力/应变场）和相变（微观结构场）。进行这种模拟所必需的材料数据也必须涵盖广泛的范围，从物理和热物理特性到流变特性以及相变动力学，这些现象的相互作用和相互依赖性， 因此，对这些现象的精确耦合是实现可靠的CAE模拟的必要条件。

准确的材料数据输入是获得可靠的CAE模拟结果的必要基础。传统的获得这些数据的方法是通过实验方法，既昂贵又耗时，特别是由于机械性能依赖于温度和应变率。因此，缺乏材料数据一直是CAE模拟中的一个常见问题。为过程模拟提供可靠和经济有效的数据，必须开发基于计算机的模型，以便能够方便地计算出这些特性。

1、材料典型性能计算

本文利用Forge和JMatPro开展30CrMo4钢的锤锻过程实例研究。用于模拟的CAE工具是Forge® , 而材料数据是由JMatPro® 生成。模拟结果与实验观测结果吻合较好。图1所示为利用JMatPro计算的30CrMo4合金的TTT图和CCT图。原始奥氏体粒度尺寸为ASTM 8，马氏体的形成受到前期形成的铁素体的影响。铁素体形成过程中多余的碳进入剩余的奥氏体中，显著影响进一步的转变。如图1（b）所示，奥氏体中增加的碳降低了马氏体起始温度（Ms）温度。

（a）TTT曲线                                                 （b）CCT曲线

图1 JMatPro计算30CrMo4钢TTT曲线和CCT曲线

图2 30CrMo4钢在10℃/s下冷却时各相的性能：（a）摩尔体积；(b)名义屈服应力

热处理通常包括加热和冷却过程，了解材料在一个完整的热循环的性质是很重要的。图3所示为 JMatPro计算获得的30CrMo4钢在不同温度和0.1 s-1固定应变速率下奥氏体相的流动应力曲线，CAE软件基于运行中的基本变形机制来模拟材料的流动。

图3 不同温度下的奥氏体相的流变应力曲线（应变率0.1 s-1）

2、锤锻过程仿真

利用Forge和JMatPro开展30CrMo4钢的锤锻过程仿真研究，对锤锻过程进行了模拟，预测模具填充和产品厚度演变，模拟准确性仿真结果取决于用于描述材料的模型行为和边界条件的值(摩擦和热交换)。为了表示锤式运动学，本文考虑机械能（动能、势能）和弹性耗散。图4所示为锤锻模型和实物图。

图4  锤锻模型和实物图

仿真结果之一是每次锤击结束时产品厚度的演化，图5所示为数值预测与实验测量之间厚度对比。结果显示，JMatPro 软件中使用的材料模型可以很好地表示材料行为，确保了仿真结果的可靠性。图6所示为锻造过程结束后对硬度的预测。计算结果与实验比较可知：表面相对较硬的层是由于局部冷却速率更快，过快的冷却速度导致珠光体和贝氏体的形成。

图5. 每道次的模拟数据和实测数据厚度对比

图6 最终空冷后的HV硬度预测

因此，CAE仿真和材料模型的发展已经达到了一个阶段，许多加工模拟所必需的材料数据可以利用JMatPro软件可靠地计算出来，否则必须通过耗时和昂贵的实验测试来收集。JMatPro 提供此类数据的能力已逐渐被CAE所认可，计算出的材料数据已被用于铸造、焊接、成型和热处理过程的模拟。

参考文献： Zhanli Guo, Patrice Lasne, Nigel Saunders ,et al.Introduction of Materials Modelling into Processing Simulation[J].Procedia Manufacturing,Volume 15,2018,Pages 372-380.

JMatPro软件一套功能强大的金属材料相图计算与材料性能模拟软件，尤其适用于实际工业的多组分合金。使用JMatPro可以设计合金成分、开发新合金和改进各种热处理工艺等，也可用于与各种CAE软件（DEFORM、FORGE、ProCAST、Magma、Sysweld、Thercast等）一起进行工艺流程设计与仿真。

JMatPro软件主要功能包括：（1）平衡相图计算；（2）凝固及材料性能计算；（3）材料热物性能计算；（4）机械性能计算；（5）相转变动力学计算；（6）材料优化设计；（7）API功能；（8）MPO功能。

关于中仿

中仿智能科技（上海）股份有限公司（股票简称：中仿智能，股票代码：838476），公司类型：成立于2007年，是中国区领先的仿真分析软件和项目咨询解决方案的供应商。作为国内仿真技术行业的领跑者，中仿智能一直致力于仿真技术领域最专业的软件系统集成与实施和项目咨询，协助用户提高产品技术附加值、提升核心竞争力。在融合世界一流数值仿真技术的同时，中仿智能依靠自主创新研发拥有自主知识产权的中仿CAE系列产品。总部在上海，目前在北京和武汉设有分公司。

除了强大的销售和技术支持网络之外，中仿智能还设有专业的售后服务团队和培训中心。为了更好的服务广大客户，公司将陆续在全国各大城市设置业务分支机构。凭借多年来广大客户的支持和信任以及中仿员工的奉献精神和责任心，已为国内外数百家企业、高校及科研院所提供了专业的软件系统及项目咨询等服务，服务领域涉及教学科研、机械工业、土木工程、生物医学、航空航天、材料科学、化学化工、冶金科学、汽车工业、电子电器、气象环保、采矿和石油工程等行业。更详细的信息请参考www.cntech.com

公司经过十几年的快速发展，建立了高质量的销售和服务体系，已为超过 1500 家用户提供专业服务。公司始终与国内外优秀的仿真技术研究机构和企业保持长期而紧密的合作关系，不断提供满足用户需求、世界先进的软件和系统解决方案。

各省份区域负责人联系方式：

张经理：17621192152【上海、浙江、广东、广西、海南、江西、福建】
丰经理：17521145176【北京、河北、天津、山东、山西、安徽、江苏、河南、黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古】
许经理：18971301365【湖北、四川、重庆、宁夏、贵州、云南、陕西、甘肃、新疆、青海、湖南】

公司电话：021-80399555
地      址：上海市松江区九新公路1005号临港松江科技城中仿大厦 (201615) 
电子邮箱：info@cntech.com
客服热线：400-888-5100

技术交流（QQ群）：246828135

购买咨询（微信）：请用微信扫一扫