C型环试样淬火及深冷处理应力演变的数值研究

基于金属-热-力耦合理论,建立了C型环试样淬火和深冷处理的多物理场耦合数值模型,探讨了淬火和深冷处理过程中试样冷却行为和组织转变对其应力演变和分布的影响。研究表明:淬火和深冷处理过程中,由于C型环试样不同部位的冷却行为差异,导致温度变化和组织转变呈现非同时性。淬火和深冷处理后,试样残留奥氏体的含量分别为15.5%和2%左右,与实验测试结果吻合。在淬火过程中,试样等效应力变化曲线先后出现两个峰值,其中第一个应力峰值是由于试样心表温差引起的热应力所致,第二个应力峰值与试样心表组织转变的非同时性引起的组织应力密切相关;在深冷处理过程,试样心表温差和心表奥氏体体积分数差峰值出现的时间基本保持一致,且比淬火过程小两个数量级,导致试样的等效应力变化相比淬火过程要平缓得多。相比于淬火过程,深冷处理后试样残余应力的分布状态未发生明显改变,但试样的整体应力值有所下降,尤其是在缺口和最大壁厚附近残余应力得到释放。     

偏心度对C型环淬火和深冷处理组织和应力演变影响的数值研究

建立了不同偏心度C型环试样淬火和深冷处理过程的数值模型,探讨了偏心度对C型环试样淬火和深冷处理过程中组织和应力演变的影响。研究表明,在淬火过程中,偏心度越大,试样中残留奥氏体组织分布的不均匀性越明显。深冷处理后,试样中奥氏体分布的不均匀性得到显著改善,偏心度越小,改善效果越明显。深冷处理使试样中残留奥氏体含量减少了约14%。随着偏心度的减小,试样应力演变曲线上的应力峰值发生变化,影响应力峰值的主导因素由热应力转变为相变应力。相比淬火过程,深冷处理过程中的应力演变要平缓得多。无论是淬火还是深冷处理,试样的偏心度越小,其残余应力的分布越均匀。     

38CrMoAl钢尺寸稳定性的热处理工艺研究

系统研究了深冷处理和回火对38Cr Mo Al钢组织、硬度和残余奥氏体含量的影响,并在此基础上使用开口环试样进一步研究了不同热处理工艺对材料尺寸稳定性的影响。结果表明:38Cr Mo Al钢淬火后直接在-75℃深冷处理,试样尺寸稳定性要好于未深冷或回火后深冷的试样;试样淬火和深冷处理后,在620℃回火的试样尺寸稳定性要好于720℃回火的试样。     

浸没方式对C形环试样深冷处理组织演变及残余应力的影响

建立C形环试样淬火和深冷处理的多物理场耦合数值模型,研究了不同的浸入角度(0°、45°、90°、135°和180°)对C形环深冷处理组织和残余应力的影响。结果表明:淬火和深冷处理后,试样残留奥氏体的含量分别为15.7%和2.1%左右,在90°角度下,试样的整体残留奥氏体含量达到最高。淬火后的残余应力达到240 MPa,经深冷处理后,C形环试样表面上各点的残余应力总体上均有所降低,尤其是在缺口位置,下降最为明显,通过XRD应力分析测得试验结果与模拟结果较为接近。而在180°角度下深冷处理,试样的整体应力改善最为明显,随着角度的变化,试样整体的应力分布也呈现出较大的差异性,却未出现明显的规律。     

Cr12MoV冷作模具钢在深冷处理过程中的相变研究

采用DSC热分析及电阻测定等物理测试手段,对Cr12MoV钢在深冷处理过程中的相变进行了研究.结果表明,经冷处理后的试样在加热过程中有更多的碳化物析出,经过-196℃深冷处理的比-79℃冷处理的析出量更多.深冷处理促使残余奥氏体进一步向马氏体转变以及碳化物析出,是提高冷作模具钢尺寸稳定性和耐磨性能的一种有效措施.     

基于热和相变应变模型的齿轮合金钢渗碳淬火畸变分析

目的研究热和相变应变各自在渗碳淬火畸变中的作用,分析渗碳淬火工艺对齿轮合金钢畸变的影响。方法通过考虑相变和不考虑相变两种模型,对齿轮合金钢17CrNiMo6C形开口畸变试样渗碳淬火的畸变机理和变形过程进行数值模拟,并设计正交试验,量化工艺参数对畸变的影响程度,最后利用渗碳淬火实验测定表面含碳量和畸变量,验证分析结果。结果初始工艺下热应变约为相变应变的2倍。正交试验各工艺参数的F比结果从大到小顺序为:渗碳温度(1.74)、淬火温度(1.546)、碳势(1.448)、预热温度(0.603)和油温(0.473)。优化工艺参数为:渗碳温度880℃,淬火温度790℃,预热温度500℃,碳势0.8%,油温80℃。优化后畸变率减少了28.5%,畸变分析结果与实验结果对应较好。结论由热膨胀引起的热应变对试样的畸变占据主动,抵消并超过相变应变,渗碳温度、碳势和淬火温度对齿轮合金钢畸变影响较大。     

18CrNiMo7-6齿轮钢高温渗碳淬火变形数值模拟

以18CrNiMo7-6齿轮钢为对象,通过有限元的方法,模拟了C型缺口试样高温渗碳淬火的温度场、相变场、以及应力场,研究了高温渗碳淬火的变形规律.结果 表明,通过模拟与实测变形结果比对,建立的多场耦合的有限元模型能够较为准确模拟高温渗碳淬火变形规律;C型缺口试样渗碳淬火时热应力和马氏体相变应力交互作用,导致C型缺口张开位移呈现先增后降再增加的变化趋势,当心部马氏体体积分数在50％时缺口张开位移最小.     

柱状晶Cu-Al-Be形状记忆合金横向压缩的性能研究

用热型连铸法制备直径6 mm的柱状晶Cu-Al-Be合金棒,从中制取2 mm×2 mm×4 mm的矩形试样。采用循环加载压缩实验,研究热型连铸柱状晶Cu-Al-Be合金棒横向(垂直于定向凝固方向)压缩的力学性能。结果表明:压缩前试样平均晶粒尺寸约为1 mm,晶界的取向差分布不均匀,压缩后可恢复超弹性应变为1%,应变超过1%后即产生残余变形。卸载后,经过约10 min,试样基本能完全恢复,说明试样发生应变回复滞后。     

低碳钢应变诱导铁素体相变发生的温度条件

用Gleebloe1500热模拟实验机进行了低碳钢不同温度下变形后自动落入水中的淬火实验，组织分析表明铁素体的组织形态在一定温度下发生了明显变化，结合变形后冷却过程膨胀曲线的测量结果。确定实验条件下应变诱导相变发生的上限温度为830℃左右，利用喷水淬火法试样冷却速度分布不均匀的现象，确定低碳钢变形后抑制铁素体析出的临界冷却速度为400℃/s,并采用此方法确定了应变诱导相变的上限温度，结合实验结果对应变诱导铁素体相变机制及发生的温度条件进行了分析。     

丝杠用1Cr15Ni4Mo2CuN不锈钢热处理温度场的有限元数值模拟

基于ANSYS有限元平台,结合热物性参数的温度敏感性和现行热处理工艺对1Cr15Ni4Mo2CuN钢不同尺寸丝杠工件在淬火加热和深冷处理过程中的温度场变化规律进行了模拟,通过显微组织观察、XRD和硬度测试分析了不同深冷处理时间下工件的残留奥氏体含量。结果表明,?40、?45和?50 mm工件在1070℃加热时的温度均一时间分别为1100、1294和1446 s;?40 mm工件在-196℃深冷79 s时整体温度降至Mf点以下,此时工件中的残留奥氏体已大量转变为马氏体,硬度明显升高,残留奥氏体含量随深冷时间延长而降低,但深冷1800 s后,继续延长深冷时间时残留奥氏体含量变化不明显。     

SA508-3钢初始晶粒度对热变形后微观组织的作用规律

为研究初始晶粒度对SA508-3钢热变形后微观组织的作用规律,将Φ10mm×15mm圆柱形试样置于电阻加热炉中加热并保温不同时间,以获得不同的初始晶粒度。运用面积法测得保温0min、30min和60min后的微观组织晶粒尺寸分别为650μm、950μm和1200μm。设计并进行了楔形试样高温镦粗实验,研究了SA508-3钢不同初始晶粒度在热变形过程中的动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸的演化规律。结果表明,当楔形试样压下率为50%时,不同初始晶粒尺寸对发生完全动态再结晶的临界应变有较大影响,初始晶粒尺寸越大,发生完全动态再结晶的临界应变越大。当动态再结晶完全发生时,3种不同初始晶粒尺寸对应的热变形后平均晶粒尺寸分别约为70μm、73μm和75μm。表明当变形量超过临界应变促使发生完全动态再结晶时,初始晶粒尺寸基本不影响热变形后的晶粒尺寸。     

淬火过程中温度、组织及应力/应变的有限元模拟

为了找到淬火过程中零件产生不规则扭曲变形的原因,选择了H型截面零件为研究对象,建立了相应的有限元分析模型,利用自开发的淬火过程有限元模拟软件对温度、组织和应力/应变进行了耦合分析.通过有限元模拟,得到了温度变化、相变及相变塑性对残余应力及淬火变形的影响,给出了零件内部弹性区及塑性区的演变过程.分析结果表明:零件在淬火过程中经历"弹性-塑性-弹性-塑性-弹性"的演变过程;在淬火过程中,相变塑性导致零件发生不均匀、无规律的扭曲变形.     

温度及应变速率对结构钢变形行为的影响

利用热/力学模拟试验机,对40Cr钢进行了变形温度为950、760、710℃,应变速率为0.1、0.5、10、30 s-1,应变量为0.7的热模拟单向单道次压缩试验.分析了试样热变形后的最大直径、横向最大真应变以及变形过程中的最大应力.结果表明,随着变形温度的降低,应变真应力明显上升,试样变形不均匀程度略有增加;40Cr钢在应变速率为10 s-1及以上时,试样变形不均匀程度明显,且不均匀程度随应变速率的增加而增大.     

冷作模具钢深冷处理组织和应力演变的RVE模型分析

对Cr8Mo2SiV冷作模具钢的微观组织进行定量表征,重构其淬火后的代表体积元(RVE)模型,并对其深冷处理过程进行微观尺度的数值分析,讨论深冷处理过程中微观组织和应力的演变规律。结果表明:深冷处理过程中应力的产生和演变由相变应力主导,显微组织界面上的等效应力要明显大于奥氏体或马氏体内的等效应力,最大等效应力发生在奥氏体和马氏体的界面处,约769 MPa;在深冷处理过程中,碳化物界面附近产生了明显的应力集中,促进了残留奥氏体向马氏体的相变;深冷处理前后应力大幅度变化为细小均匀碳化物的沉淀析出提供了所需的驱动力。     

经高频感应淬火的45钢的扭转性能

对尺寸为φ20 mm×220 mm调质态45钢试样采用不同的工艺参数进行了高频感应淬火。测定了未经过和经过感应淬火的试样的扭矩、扭角、最大切应力、最大切应变、抗扭刚度以及达到材料条件屈服极限(R_(P_(0.2)))时的切应力和切应变等扭转性能。结果表明,与未经感应淬火的试样相比,经感应淬火的试样扭矩增大,扭角减小,最大切应力增大,最大切应变减小,抗扭刚度增大,达到条件屈服极限(R_(P_(0.2)))时的切应力增大而切应变减小。随着淬硬层深度的增加,上述性能没有明显变化。     

65Mn钢连续冷却相变及大尺寸工件淬火组织

用淬火变形膨胀仪测定65Mn钢连续冷却相变组织及其临界冷速。结果表明,65Mn钢临界冷速为25℃/s,低于该冷速主要发生珠光体相变。65Mn钢大尺寸φ130 mm柱状试样淬火后组织性能研究发现,柱状试样半马氏体厚度为距表面7.5 mm左右。距表面距离大于10 mm时,组织为索氏体+少量马氏体+少量铁素体。距表面5～10 mm处冷速明显变小,硬度剧降,10 mm至心部硬度和冷速均匀。     

30CrMnSiA钢的深冷处理

对淬火、回火后30CrMnSiA钢进行了深冷处理,研究了深冷处理工艺对其力学性能和尺寸稳定性的影响。结果表明,深冷处理对30CrMnSiA钢尺寸稳定性具有显著影响,但对其强度、塑性、断裂韧性及硬度等力学性能则影响不大。过高(≥-100℃)和过低(≤-196℃)深冷温度均不利于尺寸稳定性。距开口测试时间超过3天后,残余应力基本释放完毕,尺寸变化率保持不变。从增加尺寸稳定性考虑,深冷处理工艺应以深冷温度为-150℃、保温时间为2 h为宜,此时尺寸变化率为0. 02%。     

一种新型镍基粉末高温合金的热压缩性能研究

基于Gleeble热压缩模拟试验,研究变形温度和应变速率对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3挤压态试样在变形温度1040~1130 ℃区间,应变速率0.01~0.0025 s_^-1 条件下的热压缩变形行为,分析了合金在不同热压缩条件下的晶粒尺寸及显微组织的变化。试验结果表明：WZ-A3合金挤压棒在1070~1100 ℃温度范围, 0.01~0.005 s_^-1 应变速率范围内热压缩变形后可以获得约4.5 μm细小均匀的晶粒组织,各部位均未出现项链晶及异常晶粒长大的现象。根据以上试验条件成功制备了两件直径190 mm高97 mm的小尺寸热模锻试验盘,验证了WZ-A3合金的热压缩性能。     

深冷处理温度场和组织场的有限元模拟与实验验证(英文)

结合低温材料参数以及液氮浴沸腾换热系数,基于金属-热-力耦合理论建立深冷处理数值分析模型,再现新型冷作模具钢Cr8Mo2SiV(SDC99)的深冷处理过程。同时,通过设计深冷处理温度快速测量装置验证模拟结果的准确性。结果表明,深冷处理过程中试样心表温差和冷却速度的差异较大。这种温度和冷却速度的剧烈变化主要集中于从试件表面至心部的1/3厚度内。经过深冷处理后,试样内残余奥氏体将继续向马氏体转变,其最终体积分数减小为2.3%。模拟结果与实验结果非常吻合,这表明采用的数值分析方法能准确地捕捉试件在深冷处理过程中温度场和组织场的变化规律,能为深冷处理工艺的合理制定提供理论依据和借鉴。     

淬火过程应力/应变场有限元模拟关键技术研究

针对淬火过程应力/应变场的特点,给出了淬火过程弹性区、塑性区的应力应变关系。根据淬火过程热物性参数及组织转变的特点,给出了处于弹性区和塑性区的单元应变增量表达式,及热应变、相变应变、相变塑性等初应变的计算方法。给出了热弹塑性问题有限元变分方程、变分方程右端列向量的计算方法及适用于淬火过程的迭代收敛准则。编写了淬火过程有限元模拟程序,并用该程序模拟了圆柱试样的淬火过程,将模拟所得结果与实验结果相比较可以看出,模拟结果与实验结果吻合较好。