304不锈钢静态再结晶过程模拟与实验

 坯料是经过拉拔工艺后切割而成的圆饼状304不锈钢材料。304不锈钢成形过程中加工硬化现象严重。在进行下一道挤压工序之前，为了降低后续挤压过程中的加工硬化，软化材料，需要先对其进行固溶处理。因为后续将模拟坯料的拉拔-固溶处理-挤压成形整个工艺过程，为了验证固溶处理模拟的可靠性，在原始坯料上用线切割的方法切下一块f10x15mm的圆柱，以其为研究对象，进行镦粗-固溶处理实验，并对该过程进行模拟。通过比较实验结果与模拟结果，来验证固溶处理模拟过程的可靠性，并推及到坯料的拉拔-固溶处理过程中。

 冷变形后的金属，在加热至再结晶温度以上，保持适当的时间，形变的晶粒能够重新结晶成均匀的等轴晶粒。而在这个过程中，加热温度和保温时间决定了再结晶的程度以及再结晶晶粒尺寸大小，而晶粒尺寸又影响着材料的硬度、塑性等力学性能。因此，为了能够保证坯料在固溶处理过程中完全再结晶以及晶粒长大到合适的尺寸，在对其进行再结晶固溶处理之前，我们先初步确定其再结晶固溶处理温度、保温时间范围以及选择合适的冷却介质。并以确定的固溶处理温度、保温时间以及冷却介质作为条件，对其再结晶固溶处理过程进行模拟。分析不同温度，保温时间对再结晶程度以及晶粒尺寸大小的影响。最后，将模拟结果与实际情况相结合，确定最优的再结晶固溶处理参数。并以此最佳再结晶固溶处理参数对镦粗后的试样进行固溶处理，然后将实际固溶处理后试样的金相组织和模拟结果进行对比，来验证模拟过程的可靠性。

 浙江至德钢业有限公司完成了对304不锈钢坯料的镦粗及固溶处理过程的模拟，并完成了镦粗与固溶处理实验。从模拟和实验结果可以得出以下结论：

（1）当加热温度一定时，静态再结晶体积分数随着保温时间的增长而不断增大，直至静态再结晶完全进行。静态再结晶形核的晶粒随着保温时间的延长而不断增大，但是其长大到一定程度后，尺寸不再增加，这是由于加热温度的限制。

（2）当保温时间一定时，加热温度越高，静态再结晶形核速率越快，静态再结晶完全完成所需要的时间越短，最后的晶粒尺寸越大。在加热温度一定时，随着保温时间的增加，最后的晶粒尺寸也愈大，但是其增加得缓慢，远不如温度升高增加的快。这点也证明了在保温时间足够长的情况下，温度是制约晶粒长大尺寸的主要因素。

（3）通过将模拟与实际情况结合，确定了最终固溶处理工艺为加热至1100℃保温30分钟，水淬。

（4）对304奥氏体不锈钢进行了镦粗-固溶处理实验。经过镦粗后的试样沿着镦粗方向晶粒被压扁，垂直于镦粗方向晶粒被拉长，整个晶粒呈扁长状，并且在变形大的地方出现了形变诱导的马氏体。经过固溶处理后的试样，经过静态再结晶形核与长大的过程后，晶粒重新恢复到了与原始晶粒相似的较大无规则的奥氏体组织。

（5）将模拟与实验结果对比分析，验证了Deform-3D内置JMAK模型和CA模型的分析的可靠性，可以用于接下来的304不锈钢零件成形中的固溶处理过程的模拟。