高强薄钢板喷淬过程传热系数的测定和分析

为了控制高强薄钢板喷水冷却过程的畸变,提高有限元模拟的精确度,设计了一套喷水淬火冷却试验装置,用于测量淬火时钢板温度随时间的变化曲线。使用DEFORM软件中的Inverse Heat Transfer反传热模块求解出高强薄钢板在喷水压力分别为0.05、0.1、0.2和0.3 MPa时钢板表面综合换热系数。试验结果表明,喷水冷却能提高水的对流换热,从而显著提高水在400℃以上高温段的冷却能力,对水在低温段的冷却能力没有明显提高。     

真空油淬过程中换热系数的测算

为了获取不同真空油淬工艺条件下的换热系数,对真空油淬换热特性进行研究.采用φ40 mm×80 mm不锈钢探头在双室真空油淬炉内进行真空淬火试验,测得多种工艺条件下的冷却曲线.借助INTEMP有限元软件求解热流密度,根据牛顿换热定律计算出换热系数.然后,将其作为边界条件求解淬火过程温度场,可以得到与实测值吻合较好的冷却曲线,验证了换热系数的准确性.最后,比较了不同工艺条件下的换热系数.结果 表明:油温升高会使得高温段冷却强度提升,低温段冷却强度略有降低;油面压力的升高会提高淬火油特性温度,显著提升核沸腾阶段的冷却强度;增大搅拌频率对膜沸腾阶段基本无影响,但是可以增强核沸腾和对流换热阶段冷却能力.     

高温钢板连续喷水冷却换热系数的研究

采用有限差分法建立了高温钢板连续喷水冷却过程中一维非稳态传热条件下冷却水换热系数的计算模型,将试验测量到的数据应用该模型计算出了试验过程中冷却水与高温钢板间的换热系数[h。]分析结果表明：在流量一定的情况下,压力对换热系数的影响较明显,而在压力一定的情况下,流量对换热系数的影响较小,冷却水的换热系数随喷水密度的增加而增大,随钢板表面的温降呈先增加后减小的趋势。总结出了钢板表面温度为400～1 000 ℃,喷水密度为90～180 L/(m2·min)的条件下,喷水冷却换热系数[h]的经验计算公式。     

不同冷却方式下换热系数的测量与计算

为了研究不同冷却方式下的换热系数,设计了一套可以测量空冷、水淬以及不同压力下喷气淬火下冷却曲线的试验装置,试验中测量的探头采用120mm×120mm×20mm奥氏体不锈钢方板。该探头经有限元(FEM)计算验证了其一维传热特性后,用来测量上述几种冷却方式下的冷却曲线,并用反传热法(IHCM)和集中热容法(LHCM)进行换热系数的计算与分析,比较了不同压力下喷气淬火的换热系数。实验结果表明,当毕欧数Bi<0.1时集中热容法是适用的,反之则不适用;在喷气淬火时,压力越大,表面换热系数也越大。     

压铸模具钢大模块真空高压气淬冷却过程的数值模拟

以尺寸为500 mm×500 mm×500 mm的SDDVA模具钢大模块为研究对象,采用DEFORM建立模块真空气淬冷却过程的数值模型,结合试验研究了大模块在真空气淬炉中不同淬火压力条件下的冷却行为、组织演变及应力演变规律,并从理论角度预测了模块可生产的最大规格。结果表明,大模块心部在0.4、0.6和0.9 MPa压力条件下气淬,均观察到先共析碳化物沿晶析出。为了避免碳化物沿晶析出,从800℃冷却到500℃的冷速应不小于0.25℃/s。0.4 MPa压力条件下气淬过程中,模块最大心表温差最小,约为120℃;大模块心部在0.9 MPa压力条件下淬火所得马氏体含量高于0.4、0.6 MPa压力下淬火,同时,贝氏体含量也更少;模块表面和心部主要表现为热应力和组织应力。SDDVA钢模块在0.4、0.6和0.9 MPa压力条件下真空高压气淬可生产的理论最大厚度分别为280、320和380 mm。     

特厚钢板射流冲击淬火过程厚向冷速试验研究

利用开发的特厚钢板射流淬火试验装置及多通道温度记录仪,测试了射流速度14.0~23.5 m/s、射流压力0.4~1.0 MPa条件下,84 mm、170 mm厚大断面钢板淬火温降曲线,采用有限元方法建立了三维反传热导热模型和表面换热系数模型,对比分析了射流参数和换热区分布对钢板厚向温降、温度梯度和冷速的影响。结果表明:84 mm厚钢板断面冷速与表面换热系数近似正比关系,射流速度为23.5 m/s时钢板心部冷速达3.7℃/s;170 mm厚钢板表面换热对厚向冷速影响减弱,相应的温度遗传效应和断面厚向温度梯度的影响增强。     

7A85铝合金表面换热系数研究

为了测量7A85铝合金表面换热系数以及优化反传热法计算表面换热系数的偏差,利用精密测温仪(GL900)对7A85铝合金片状试样进行了淬火冷却曲线测量,测量点A和B距端面间距为20 mm和40 mm。使用激光导热仪测量了在30～500℃之间试样的比热容,并进行了线性拟合。随后通过有限差分法外推得到端面冷却曲线,进而计算出表面换热系数。结果表明,使用室温比热容数据计算得到的端面淬火冷却曲线比实际曲线高,使用线性拟合后的比热容计算得到的端面淬火温度更准确。7A85铝合金端面换热系数随着温度降低,先增大后出现波动段,最终降低,在270℃时的最大表面换热系数为2250 W·m-2·℃-1。     

高压氮气冷却特性研究

以1.2 MPa IPSEN高压气淬炉为研究对象,通过设计与ISO9950相同大小的钢探头,利用Keithley2700作为数据采集系统,研究了氮气在不同压力下以及不同种类钢探头的冷却速度.结果表明:高压气体冷却过程中最大冷速位置出现在700℃附近,压力为1.2 MPa时冷速最大为15.4℃/s,远小于N32最大冷却速度;D6AC探头在0.8 MPa以上可以淬透,但40Cr和45钢探头即使压力达到1.2 MPa也无法淬透;高压气淬适合于临界冷却温度接近于700℃左右淬透性较好的钢种.     

镍基高温合金端淬表面综合换热系数计算方法的比较EI北大核心CSCD

端淬实验是研究材料冷却速率与组织性能之间关系的高通量方法,而工件表面综合换热系数则是端淬数值模拟研究的必要边界条件。采用经验公式法、传热反问题法及流-固耦合分析法,计算了CSU-A1型镍基高温合金工件在空气端淬实验中的各表面综合换热系数;结合工件实验温度测点的冷却曲线及平均冷却速率对三种方法进行了比较。结果表明:实验温度范围内工件底端、侧部以及顶端的综合换热系数分别在323~555、16~30、58~184W/(m~2·K)之间。三种方法中,经验公式法获得的冷却曲线误差较大;传热反问题法的冷却曲线误差最小,但对实验数据及其他边界条件的依赖性强;流-固耦合分析法获得的平均冷却速率准确度最高,且不需要通过实验即可获取工件任意位置的换热系数,是研究气体端淬过程表面综合换热系数的有效方法。     

ZrO2／Ni阶梯热障涂层的热冲击行为

研究了ＺｒＯ２／Ｎｉ阶梯热障涂层在火焰喷烧和水淬炳途中热冲击条件下的失效行为,建立了梯度热障涂层在火焰喷烧和水淬热冲击条件下一维温度场应力场的解析模型,实验结果表明,涂层的抗热冲击能力在火焰喷烧条件下随层次折增加而增强,在水淬热冲击条件下却随层次的增加而降低,证实涂层的抗热冲击能力与热冲击条件有关,并取地表面换热系数的大小与方向,故评价涂层的抗热冲击能力时须合理选择热冲击条件,按梯度设计,能大大提     

40Cr钢喷雾淬火换热系数的计算及数值模拟

为计算ф25 mm×100 mm 40Cr圆柱试件喷雾淬火冷却过程的换热系数,采用四通道采样系统测定了喷雾淬火过程的冷却曲线,并用反传热法中的非线性估算法计算出换热系数。计算结果表明,喷雾淬火过程分3个阶段:膜沸腾阶段、核沸腾阶段和对流换热阶段,并在冷却到120℃时,换热系数达到峰值9800 W·m-2·℃-1。采用此换热系数作边界条件,对40Cr钢的喷雾淬火过程进行了数值模拟,得到淬火过程中不同时刻的温度场、组织场、硬度场和应力场。     

Computation of synthetic surface heat transfer coefficient of 7B50 ultra-high-strength aluminum alloy during spray quenching

According to inverse heat transfer theory, the evolutions of synthetic surface heat transfer coefficient (SSHTC) of the quenching surface of 7B50 alloy during water-spray quenching were simulated by the ProCAST software based on accurate cooling curves measured by the modified Jominy specimen and temperature-dependent thermo-physical properties of 7B50 alloy calculated using the JMatPro software. Results show that the average cooling rate at 6 mm from the quenching surface and 420–230 °C (quench sensitive temperature range) is 45.78 °C/s. The peak-value of the SSHTC is 69 kW/(m²·K) obtained at spray quenching for 0.4 s and the corresponding temperature of the quenching surface is 160 °C. In the initial stage of spray quenching, the phenomenon called “temperature plateau” appears on the cooling curve of the quenching surface. The temperature range of this plateau is 160–170 °C with the duration about 3 s. During the temperature plateau, heat transfer mechanism of the quenching surface transforms from nucleate boiling regime to single-phase convective regime.     

金属材料喷雾淬火过程的界面热交换分析

通过末端淬火试验,对铝合金试样喷雾淬火过程的界面热交换进行了研究。采用反热传导法求解了所有试验的界面热流密度(q)和界面传热系数(h),重点分析了喷雾压力、喷嘴直径和试样表面粗糙度对界面热交换的影响。结果表明:喷射压力对整个淬火界面换热过程均有影响,但对过渡沸腾阶段影响更大,且喷射压力越大,q及其峰值q_max越大,进入核沸腾阶段的时间越短;喷嘴直径越大,q、q_max越大,越早进入核沸腾阶段,但增大喷嘴直径对界面换热的影响存在上限;随表面粗糙度增大,q、q_max先减小后增大;在本试验条件下,上述喷射压力、喷嘴直径和表面粗糙度对界面热交换的影响规律均不受另外两个参数取值的影响。此外,由于喷射的微小液滴均匀覆盖了整个热表面,产生了剧烈的核沸腾,导致在部分试验中,q曲线在核沸腾阶段出现了二次升高现象。     

基于H13钢水淬在线监测的热处理数值模拟优化

为准确预测厚度较厚的H13钢热处理过程中的温度场和淬火残余应力,对规格为φ300 mm×350mm的H13钢工件进行淬火实时温度监测,分别设置了位于芯部、亚表面(离外表面10 mm)、1/3R(离圆心50 mm)和2/3R(离圆心100 mm)处的监测点。考虑钢/水对流换热系数受沸腾条件和热辐射的影响,对对流换热系数h进行了优化。结果表明各个温度监测点的试验结果与计算结果相符,证明经过优化后的对流换热系数可应用于大截面尺寸工件温度场的预测。模拟工件淬火后的应力场并结合显微组织观察发现,淬火在750 s前后出现芯部、表面最大的拉压峰值应力差,证明大尺寸工件淬火存在淬火危险期。     

高压气体淬火过程中热传导方程逆问题的求解

在钢高压气体淬火过程的计算模拟中,关键问题之一是温度场和应力场边界条件的确定。本文利用显示有限差分法、非线性估计法和由热电偶测试而得到的温度－时间关系,求解热传导方程的逆问题,得出了气体淬火过程表面换热系数与温度间的非线性关系。这种方法具有收敛速度快、不受试件表面加工质量限制,而且利用了热电偶温度检测技术较为成熟稳定的特点。     

小方坯连铸机凝固传热软件的编制

应用数值传热学基本理论,分析了小方坯连铸机在结晶器和二次冷却区凝固传热的特点,并结合现场实际,使用Delphi开发工具编制了小方坯连铸机凝固传热软件。通过实际生产数据对软件进行校正,对铸坯进行了数值模拟计算,结果表明：当浇铸断面为165 mm×165 mm的铸坯时,拉速每增加0.1 m/min时,结晶器末端坯壳厚度减少0.5～0.8 mm,切割枪处表面中心温度升高12 ℃。     

工业窑炉中几种炉衬耐火材料结构的传热分析

以1250 ℃轧钢加热炉和1600 ℃隧道窑2种典型的连续热工窑炉为例,通过对不同炉衬耐火材料结构组合的综合传热系数、热流密度和炉墙温度场的传热学计算,结合耐火纤维、耐火浇注料、轻质耐火砖、Al_3O_2空心球砖及镁砖等炉衬材料的几种炉衬结构的传热分析,给出了相应窑衬结构的热导率改变对热流密度和炉墙外壁温度的影响,表明采用轻质绝热耐火材料和耐火纤维的复合窑衬结构其炉墙热流密度大大降低.计算结果显示体现工业窑炉炉衬耐火节能一体化优势的窑衬结构为:1250 ℃轧钢加热炉采用105 mm纤维板+230 mm JM23绝热保温砖+115 mm轻质莫来石耐火砖的窑衬结构;1600 ℃隧道窑采用110 mm纤维板+115 mm JM23绝热保温砖+115 mm轻质莫来石耐火砖+160 mm Al_3O_2空心球砖的窑衬结构.     

不同流速下AP1000主管道淬火过程温度场的有限元模拟

利用ANSYS有限元软件建立了AP1000核电主管道三维有限元网格模型,根据反传热法计算了0.3、0.5、0.7和1.0 m/s四种不同水流速下316LN不锈钢的表面换热系数,对其淬火过程的温度场进行了模拟,初步探讨了西屋公司提出的180 s冷却至427 ℃以下的可能性。结果表明:水流流速由0.3 m/s提高到1.0 m/s时,316LN不锈钢的表面换热系数仅由3013 W/(m²·℃)增加至3560 W/(m²·℃)。不同流速下,主管道表面和心部温度均随淬火时间的延长而降低。1.0 m/s流速下,主管道内、外表面温度下降非常快,淬火180 s时温度已降至200 ℃以下,600 s时已冷却至室温。而主管道管壁中心(壁厚为83 mm)及接管嘴凸台中心部位温度下降较慢,淬火180 s时温度分别在580 ℃和860 ℃左右,未能满足西屋公司提出的180 s冷却至427 ℃以下的要求,淬火530 s左右主管道各部位才能都冷到427 ℃以下。     

基于DEFORM反传热模型表面换热系数的确定

以7075铝合金厚板淬火过程为对象,研究DEFORM反传热模型中控制参数对表面换热系数计算和温度预测精度的影响规律。结果表明,当选择实测温度曲线上的拐点温度作为温度控制点,且表面换热系数初始值接近平均换热系数时,采用反传热模型确定的表面换热系数所预测的冷却曲线与实测曲线吻合较好。在此基础上选取合理的控制参数,并确定了7075铝合金厚板淬火过程的表面换热系数,经冷却曲线预测结果与实测值对比表明,采用DEFORM反传热模型确定的表面换热系数所预测的温度场有较高精度,可以满足工程应用需要。