铸钢件淬火过程数值模拟及组织性能预测

本文介绍了铸钢件淬火冷却过程中的三维温度场数学模型和梅尼尔组织性能预测模型。采用有限差分法对ZG45起重机制动轮淬火过程进行数值模拟,计算出淬火过程中的温度场变化及各部位在700℃的临界冷却速度,快速预测了ZG45起重机制动轮淬火冷却之后的组织性能分布。结果表明,工件表面淬火冷却速度最快,几乎全部形成马氏体组织,中间厚大部位冷却速度较慢,只有少量马氏体组织,却有大量贝氏体组织。淬火冷却后,工件各部位没有获得铁素体-珠光体组织。从表面到中间厚大部位,工件硬度逐渐增大。     

冷却速度对675装甲钢显微组织的影响

利用差分膨胀仪、金相及透射电镜研究了675装甲钢过冷奥氏体在不同冷却速度下的相变过程及产物.结果表明,冷却速度在3℃/min～2000℃/min范围内,随冷速的增大,675装甲钢中发生的组织转变变化很大,相变产物依次出现粒状贝氏体(粒B)、上贝氏体(上B)、下贝氏体(下B)以及片状和板条混合马氏体(M).此外,675装甲钢具有相当好的淬透性,临界淬火速度为25℃/min,Ms点为320℃.     

C45E钢低冲击韧性原因分析及数值模拟

通过金相分析、硬度测试、成分检测等手段对C45E钢(棒材)低冲击韧性的原因进行分析,并结合ABAQUS有限元软件对C45E钢的温度场进行了数值模拟,利用JMatPro软件对淬火组织进行计算。结果表明:低冲击韧性棒料的硬度较高,碳元素的分布不均匀是导致C45E钢冲击韧性不合格的主要因素。数值模拟显示:低冲击韧性棒料的冷速较快,棒材在加热和冷却过程中,表面至中心的温差分别为3℃和1℃;冷速从近表面到中心部位依次下降;模拟计算组织和试验得到的组织类似,从近表面到中心部位马氏体含量逐渐降低,铁素体、珠光体含量依次升高,贝氏体在近1/2半径处含量最多。     

X80管线钢的过冷奥氏体转变规律和相变模型

利用L78RITA淬火热膨胀仪研究了X80管线钢过冷奥氏体转变的相变规律,结合金相-硬度法绘制了试验钢的连续冷却转变(CCT)曲线。结果表明,随着冷却速率的增加,X80管线钢过冷奥氏体分别发生了铁素体、贝氏体、马氏体转变;冷速小于3℃/s时,组织为铁素体和贝氏体;冷速在3～20℃/s时,组织只有贝氏体;冷速大于40℃/s时,组织中开始出现马氏体,且随着冷速的进一步增大,马氏体的含量逐渐增多,贝氏体逐渐减少直至消失。试验钢硬度随着冷却速率的增加呈逐步升高的趋势。在CCT曲线基础上,建立了相变点温度-冷却速率关系模型,并通过回归计算得到拟合度较高的相变模型,且模型计算值与试验值之间能够很好的地吻合,证明了该相变模型的可行性。     

冷却速度对675装甲钢显微组织的影响

利用差分膨胀仪、金相及透射电镜研究了675装甲钢过冷奥氏体在不同冷却速度下的相变过程及产物。结果表明，冷却速度在3℃／min-2000℃／min范围内，随冷速的增大，675装甲钢中发生的组织转变变化很大，相变产物依次蹦现粒状贝氏体（粒B）、上贝氏体（上B）、下贝氏体（下B）以及片状和板条混合马氏体（M）。此外，675装甲钢具有相当好的淬透性，临界淬火速度为25℃／min，Ms点为320℃。     

低碳贝氏体钢AH80DB过冷奥氏体连续冷却转变与等温转变

利用DIL805A淬火相变膨胀仪测定了AH80DB低碳贝氏体钢的连续冷却转变(CCT)曲线与等温转变(TTT)曲线,并结合金相-显微硬度法确定了过冷奥氏体在不同冷速冷却及不同温度等温时的组织转变。结果表明,连续冷却转变时,在0.2~30℃/s冷速范围内,可得到贝氏体组织;AH80DB钢的等温转变曲线为珠光体区在右,贝氏体区在左的双鼻型,在Ms~600℃等温可获得贝氏体组织。     

贝氏体灰铸铁有机介质淬火工艺研究

研究了#1,#2,#3有机淬火介质的冷却能力,结果表明:#1介质冷却能力最弱;#3介质冷却能力最强;而#2介质30℃时的冷却能力比60℃时略强.通过观察试样的金相组织,发现用#1介质淬火得到的试样基体组织以珠光体和铁素体为主,用#3介质淬火得到的试样基体组织为马氏体,而用30℃的#2介质淬火的试样基体组织主要为贝氏体.     

Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢的连续冷却相变及其组织和硬度

为了掌握Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢在连续冷却过程中组织及硬度的变化及其原因,借助JMatPro软件模拟计算了连续冷却转变(CCT)曲线和等温转变(TTT)曲线,采用Gleeble-3800热模拟试验机、金相显微镜、扫描电镜和硬度计等试验手段研究了Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢在不同冷却速度下的微观组织和硬度的变化,探讨了冷却速度对组织、硬度及相变行为的影响。结果表明,对Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢进行1050℃和860℃两阶段高温变形后,随着冷却速度由0.1℃/s增加至30℃/s,组织依次为多边形铁素体+珠光体→多边形铁素体+贝氏体→粒状贝氏体→粒状贝氏体+马氏体,硬度由155 HV0.2增加至373 HV0.2。当冷却速度由0.1℃/s增加至3℃/s,硬度的增加主要是由于多边形铁素体晶粒的细化。当冷却速度由5℃/s增加至30℃/s,硬度的增大主要来自于贝氏体组织的不断细化和马氏体含量的不断增加。     

WQ960E工程结构用钢CCT曲线的测定与分析

利用DIL805A型淬火变形膨胀仪,测定了WQ960E工程机械用钢以不同冷却速度连续冷却时的膨胀曲线,并结合金相-硬度法,获得该钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线).根据CCT曲线,结合光学显微镜与扫描电镜分析结果,研究了冷却速率对相变组织演变规律的影响.结果表明:当冷速为0.06℃/s时,相变组织为铁素体(F)+粒状贝氏体(GB);冷速为0.2℃/s时,组织为粒状贝氏体(GB);冷速为0.5℃/s时,开始出现板条贝氏体(LB);冷速为5℃/s时,出现马氏体(M).     

冷却速度对30CrNi3MoV超高强钢组织转变的影响

利用线膨胀法,结合金相显微分析和显微硬度测量,研究了冷却速度(1～2 000 ℃/min)对30CrNi3MoV超高强钢过冷奥氏体连续冷却转变的影响,测得了其CCT曲线.结果表明,该试验钢的CCT图中没有珠光体转变区.冷速在1～20 ℃/min范围,随冷速的增大,组织中依次出现粒状贝氏体、条状上贝氏体和针状下贝氏体;当冷速增大到超过25 ℃/min以后,组织全部为板条状和针状混合马氏体,一直到2 000 ℃/min,组织形态没有明显变化.     

7075铝合金汽车支撑摆臂锻件固溶处理温度场模拟

利用ABAQUS有限元软件对7075铝合金汽车支撑摆臂锻件固溶处理过程温度场进行数值模拟,得到了锻件在不同升温方式、不同转运时间以及不同水温淬火下的温度场分布情况。结果表明,锻件随炉升温时,达到预定温度所需时间为112.1 min,最大温差为4.8 ℃;炉子到温后放入锻件升温时仅需71.2 min,最大温差为10.4 ℃。转运时间为3、3.5和4 min时,锻件中冷却最快部位的温度分别下降到384.0、375.9和367.8 ℃,最终确定转运时间不能超过3.5 min。采用25 ℃水淬时,冷却时间为95 s,冷却最快和最慢部位通过淬火温度敏感区的平均冷却速度分别为782.8和19.1 ℃/s,最大温差为237.6 ℃;80 ℃水淬时,冷却时间为56 s,锻件中冷却最快和最慢部分通过淬火温度敏感区的平均冷却速度则分别为587.4和16.8 ℃/s,最大温差为216.0 ℃。     

大直径锻造耐磨钢球的热处理工艺

采用二次加热淬火和低温回火工艺改善ø120 mm锻造耐磨钢球的使用性能,研究了二次加热淬火工艺中不同升温速率和淬火冷却时间对钢球硬度分布、冲击性能和显微组织的影响。得出钢球的最佳热处理工艺为:以2.8 ℃/min的速率升温至840 ℃并保温1 h,出炉空冷至800 ℃后淬入35 ℃水中冷却 350~400 s,然后出水空冷至80 ℃以下并在200 ℃回火4 h,炉冷至80 ℃以下出炉空冷。此工艺下耐磨钢球表面至心部硬度均在58~60 HRC范围内,且球心处室温无缺口冲击吸收能量≥15 J,单颗落球次数大于5000次,证明此工艺方法可提高大直径锻造耐磨钢球的质量和寿命。     

锻压温度对Cr12Mo1V1组织性能的影响

以管割刀片用的Cr12Mo1V1钢为研究对象,分析不同的锻压工艺对其硬度、冲击韧性的影响,并使用OM、XRD、SEM分析不同工艺下的微观组织。研究结果表明:相比于直接空冷淬火,锻后空冷的峰值硬度向右偏移,在1100℃时达到峰值887 HV;随着锻压温度升高,650℃回火冲击韧性呈现下降趋势,马氏体转变量减少,残余奥氏体量增加;锻后空冷碳化物主要为M7C3型。综合分析表明,锻压温度为1100~1160℃时,锻压刀片能够得到较好的组织和性能。     

真空渗碳18CrNiMo7-6钢中碳化物的析出规律

采用淬火膨胀仪进行模拟试验,通过对18CrNiMo7-6钢的显微组织、硬度分布的表征,研究了经真空渗碳后18CrNiMo7-6钢在冷却过程中碳化物的析出规律。结果表明,在980 ℃保温30 min后,试验钢中的碳化物完全溶解;快速冷却至600 ℃保温20 min后,渗层组织充分转变为细片层珠光体形貌组织;再升温至830 ℃保温20 min并以20 ℃/s的冷速气冷至室温后,室温组织出现不同形态的碳化物,马氏体组织较热处理前的原始组织得到了细化,且硬度及淬硬层深度较热处理前显著提升。     

TC21钛合金锻件淬火过程温度场及热应力场数值模拟

通过利用ANSYS有限元分析软件对TC21钛合金锻件淬火过程进行数值模拟,获得TC21钛合金锻件淬火不同时刻温度场分布及热应力场分布,以及锻件上所选节点温度、热应力随淬火时间的变化关系,并观察从锻件心部至边部的组织变化,研究冷却速率对组织变化的影响规律。结果表明,当淬火3600 s时,锻件表面已冷却至室温,而心部仍然保持较高温度;从锻件心部至表面冷却速度逐渐增加,并且越靠近表面,组织越细小。 淬火开始阶段,锻件各点热应力迅速升至最大值,随着淬火时间延长,锻件表面及心部热应力均逐渐减小,至淬火结束时,锻件最大残余应力仅为77 MPa。     

18CrNiMo7-6齿轮钢温锻后余热等温正火工艺

对18CrNiMo7-6齿轮钢进行了温锻余热等温正火工艺研究。结果表明:在温锻余热等温正火工艺中,冷却速度、等温温度、等温时间为关键的工艺参数。较低冷却速度和较高的等温温度,可在有限等温时间内有效提高珠光体的转变量,减少残留奥氏体含量及室温马氏体和贝氏体等非平衡组织,获得理想的组织及性能。以0.1 ℃/s和1 ℃/s冷却速度降至等温正火温度650 ℃保温1 h 后冷却可获得硬度163~164 HBS,F晶粒度10~11.5级,带状组织1.5级,组织及性能均符合技术要求,可具有良好的切削加工性能,并为后续热处理工艺提供理想组织。     

新型刀具用钢的热处理工艺及微观组织

采用不同淬回火工艺系统地研究了一种高碳高铬马氏体刀具用钢—SIMR的热处理工艺和微观组织,通过XRD、SEM和TEM等表征方法,分析测试了不同淬火温度和回火温度下SIMR刀具用钢的微观组织、碳化物形貌与分布和显微硬度等,获得了SIMR的最佳热处理工艺。结果表明,SIMR刀具用钢的晶粒尺寸随着淬火温度的升高而逐渐增大,冶炼凝固过程中析出的富铬M₇C₃型一次碳化物随着淬火温度的提高而逐渐回溶,显微硬度总体上呈现先升高后降低的趋势,回火温度在150~300 ℃间,SIMR刀具用钢的最佳热处理工艺为在1050 ℃淬火处理20 min,油冷,然后在150 ℃回火处理90 min,空冷。     

热处理工艺对5Cr5Mo2V钢组织与性能的影响

利用洛氏硬度计及场发射扫描电镜等研究了奥氏体化温度和回火温度对热锻模具用钢5Cr5Mo2V组织和性能的影响。结果表明:试验钢经过不同温度的淬火和回火处理后,组织均为回火马氏体+残留奥氏体+碳化物。当5Cr5Mo2V钢在920~1030 ℃淬火时,随淬火温度升高硬度值增加并于1030 ℃达到最大值62.53 HRC,之后硬度值趋于稳定,且在1030 ℃淬火时晶粒较为细小,超过1030 ℃淬火晶粒开始粗化;试验钢在480~550 ℃回火时,硬度值随回火温度升高逐渐增加,并于550 ℃出现二次硬化峰值,但在此温度下试验钢的冲击性能为最低,此后随回火温度升高冲击性能逐渐增加,当回火温度为600 ℃时,试验钢在维持较高硬度(49 HRC)的同时,冲击吸收能量可达21 J,故5Cr5Mo2V钢的最佳热处理工艺为:1030 ℃淬火30 min后油冷,随后在600 ℃回火(2 h)2次空冷。     

淬火工艺对H13E钢显微组织及力学性能的影响

H13E钢是通过调整合金元素对H13钢进行了一定的改性,研究了淬火工艺对H13E钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,奥氏体晶粒尺寸单调增加,从1020 ℃升高至1080 ℃时,平均奥氏体晶粒尺寸增长了约40 μm;硬度在1060 ℃达到最大值,为61.6 HRC,相较于传统H13钢硬度高3~5 HRC,同时冲击吸收能量可达16 J以上。当保温时间在20~50 min时,奥氏体晶粒增长速率较缓慢,平均奥氏体晶粒尺寸仅增长7 μm左右,同时硬度仅下降0.2 HRC左右。相同条件下油冷后H13E钢马氏体更细小,力学性能优于空冷后的H13E钢。考虑综合力学性能,H13E钢较佳淬火工艺为:1060 ℃保温20～30 min,油冷。     

锻造斗齿的热处理工艺及组织性能

以锻造斗齿成品及斗齿用30CrMnSi钢亚温淬火工艺为研究对象,对斗齿成品不同部位的洛氏硬度及显微组织进行了分析;对30CrMnSi钢经不同模拟锻造余热淬火工艺处理后的组织和性能进行了对比研究。结果表明:斗齿成品表面硬度略低于次表层2~3 HRC,齿尖硬度高于齿根硬度5~10 HRC。通过模拟锻造余热分段淬火工艺,30CrMnSi钢在870 ℃水淬时,其冲击韧性最高,为74 J;当淬火温度低于870 ℃时,由于奥氏体化不均匀或较多铁素体的出现会导致冲击韧性降低;当淬火温度高于870 ℃时,由于加热时奥氏体晶粒粗大,淬火后所得马氏体也粗大,冲击韧性降低。建议生产中采用斗齿齿尖、齿根同时入水的整体淬火工艺,以使斗齿整体获得较高的硬度和韧性。