45钢淬火过程中热传导方程逆问题求解

通过求解45钢圆柱体淬火过程中含相变时的热传导逆问题，给出了一种由实验测量的温度-时间关系和数值计算相结合确定表面换热系数的方法该法适用于各种淬火液，能避免由于实验条件微小变化而引起的表面换热系数实测值的误差在数值计算中，材料的热物性系数视为温度和相变产物体积分数（％）的函数。     

雾化气体淬火过程换热系数的计算及实验研究

研究了用反传热方法计算雾化气体淬火过程试件表面综合换热系数的基本原理和算法,利用Matlab编写了试件表面综合换热系数的反求程序。然后,通过反求程序对不同工艺参数下淬火过程试件表面的综合换热系数进行了计算。运用Matlab模拟了不同工况下淬火试件的温度场,实测了试件淬火过程的温度变化,并对试件的温度计算值和实测值进行了对比。结果表明,所述的方法对雾化气体淬火试件表面综合换热系数的数值计算是准确有效的。     

高压气体淬火工艺有限元模拟及其工艺参数评估

用有限元技术对气体淬火工艺进行了模拟.以零件表面平均硬度、表面硬度标准差、平均表面等效残余应力、表面残余应力的标准差、零件的变形程度为目标建立了评估函数,以换热系数、预热温度、淬火气体的温度为目标变量,研究了工艺参数对淬火结果的影响.结果表明,换热系数是影响淬火结果的主要因素,淬火介质的温度及零件的预热温度对于零件淬火后的性能影响很小;在工艺参数优化时,换热系数是一个理想的目标变量.     

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。     

常用钢淬火表面换热系数耦合相变的反传热分析

根据反传热方法和实测的每种钢探头在多种介质中淬火时的冷却曲线,建立了耦合相变的轴对称有限差分模型,结合编写的FORTRAN程序计算每种钢探头淬火过程的表面换热系数。结果表明,相变对计算有影响,考虑相变时的计算值是合理的。同时发现,淬火过程的换热系数与淬火介质及探头材料均相关,相同的钢探头在不同介质中淬火时的换热系数不同,而不同材料的钢探头在同种介质中淬火时的换热系数也不同。     

中厚板辊式淬火换热系数的确定方法

为了确定中厚板辊式淬火过程中的最佳换热系数,进行了12MnNiVR钢板淬火过程中的温度场和应力场计算.依据温度场分析提出了中厚板在淬火机高压区内淬火过程中换热系数的确定方法,并用该方法确定了不同厚度12MnNiVR钢板在高压区淬火的换热系数.应力场分析表明,在低压区采用低的换热系数,可显著降低钢板淬火过程中产生的热应力及残余应力.20mm厚12MnNiVR钢板低压区淬火,平均换热系数确定为1 kW/(m2·K),与采用8 kW/(m2·K)相比,钢板表面残余压应力与中心残余拉应力的差值可降低181.2 MPa.     

7B50超高强铝合金喷水淬火过程综合表面换热系数的计算（英文）

采用改进型Jominy样品精确测定7B50合金厚板喷水淬火时样品内部的温度场(冷却曲线),并利用JMat Pro软件获得7B50合金热物性参数随温度的变化关系。以反传热原理为基础,采用ProCAST有限元软件计算得到喷水淬火时淬火表面的综合表面换热系数的变化规律。结果表明:喷水淬火时,距淬火表面6 mm处,淬火敏感温度区间(420~230°C)内的平均冷却速率为45.78°C/s;喷水淬火开始0.4 s时,综合表面换热系数达到峰值69 kW/(m~2·K),此时对应的淬火表面温度为160°C;喷水淬火初期,淬火表面中心的冷却曲线上出现"温度平台"现象,平台对应的温度范围为160~170°C,持续时间约为3 s;在温度平台持续期间,淬火表面的换热机制从核态沸腾阶段转变为对流换热阶段。     

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。     

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。     

6061铝合金在线淬火温度场和应力场模拟(英文)

通过淬火实验获得6061铝合金的冷却曲线,实验根据冷却曲线并结合数值方法获得在线淬火换热系数,运用ABAQUS有限元软件动态模拟复杂截面型材在线淬火过程。结果表明:在淬火过程中,换热系数不断变化;型材不同部位冷却速度不同,并通过淬火实验加以验证。通过ABAQUS有限元软件可以预测型材的最大残余应力;通过关键点的分析得出型材温度与应力的关系曲线。     

固态相变解析模型的扩展(英文)

基于固态相变解析模型,提出推导非等温固态相变的转变分数的新解析方法。该方法将转变起始温度和精确的温度积分引入到解析模型,从而得到扩展的解析模型。计算表明,扩展的解析模型能够准确地预测计算得到的转变分数与转变速率。扩展的解析模型与原有解析模型相比,它能够更加准确地描述相变过程的动力学行为。在转变初始温度较高的情况下,扩展的解析模型具有优越性。同时,从扩展的解析模型得到的动力学参数比原有解析模型的更合理、准确。     

The application of rational approximation in the calculation of a temperature field with a non-linear surface heat-transfer coefficient during quenching for 42CrMo steel cylinder

The calculation of a temperature field has a great influence upon the analysis of thermal stresses and stains during quenching. In this paper, a 42CrMo steel cylinder was used an example for investigation. From the TTT diagram of the 42CrMo steel, the CCT diagram was simulated by mathematical transformation, and the volume fraction of phase constituents was calculated. The thermal physical properties were treated as functions of temperature and the volume fraction of phase constituents. The rational approximation was applied to the finite element method. The temperature field with phase transformation and non-linear surface heat-transfer coefficients was calculated using this technique, which can effectively avoid oscillationin the numerical solution for a small time step. The experimental results of the temperature field calculation coincide with the numerical solutions.     

自然对流条件下非稳态相变过程数值模拟

利用ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件计算流场与温度场的功能,针对金属熔化与凝固过程的特点,依据单相统一控制方程,采用焓孔隙度方法,模拟了自然对流条件下相变的过程;并用经典的金属镓熔化过程基准实验进行了验证,良好的一致性表明,该程序能可靠地用于模拟金属相变过程的温度场、流场及确定相变前沿的位置。     

The mathematical modeling of phase transformation of steel during quenching

In the heat treatment of steel, uneven cooling in variably introduces residual stresses in the workpiece. These residual stresses can combine with the thermomechanical stresses encountered in operation to cause premature fatigue failure of the material. A prediction of the residual and thermoelastoplastic stresses developed during heat treatment would be beneficial for component design. In this article a numerical model is developed to predict the thermoelastoplastic and residual stresses during rapid cooling of a long solid cylinder. The total strains developed during cooling of the cylinder comprise elastic, thermal, and plastic strains and strains due to phase transformation. For plastic deformation an extension of Jiang’s constitutive equations developed by Jahanian is adopted. The properties of the material are assumed to be temperature dependent and characterized by nonlinear strain hardening. For phase transformation two parts are considered: nucleation according to Scheil’s method and phase growth according to Johnson and Mehl’s law. For martensitic transformation, a law established by Koisteinin and Marburger is used. Non-additivity of pearlitic and bainitic nucleation suggested by Manning and Lorig is taken into account by means of a correction factor to Scheil’s summation of the transition from pearlitic to bainitic. The effect of phase transformation and temperature dependence of material properties is investigated. It is shown that by neglecting the temperature dependency and phase transformation in numerical calculations, the results are underestimated. The numerical results are compared with the available experimental data in the literature, and good agreement is observed.     

贝氏体相变理论—两个一级相变耦合的模型

建立了一种贝氏体相变的Ｇｉｎｚｂｕｒｇ－Ｌａｎｄａｕ理论模型，该模型设计了贝氏体相变的一种耦合机制，即转变过程包含两个一级相变，一个具有重构特征，另一个为位移相变。由数值计算结果，建议了一种扩散诱导形核机制及扩散伴随伴移生长机制。     

马氏体回火过程中组织转变量预测的实验研究

利用45号碳素钢，实验研究了不同加热速度及保温温度和保温时间条件下马氏体回火过程的组织变化，结果发现，即使在高速加热过程中，马氏体也能发生回火组织转变．通过数据处理，利用回火参数λ建立了能比较准确、方便地预测回火组织转变量的动力学方程，数值模拟计算结果表明，马氏体回火组织转变量计算结果与实验结果吻合。     

高压气淬过程的数值模拟

应用有限体积法建立了数学模型,对高压气淬过程中气体的速度场、气体和工件的温度场以及工件内部的组织场进行了耦合计算,针对一组小棒料高压气淬的模拟结果,分析了气体流动、工件温度与相变各自的影响因素以及它们之间的相互影响,指出几何模型准确建立的重要性.另外通过模拟结果与实测冷却曲线的比较,该模型基本反映了高压气淬过程,其中加入相变计算能更符合实际,并且还能预测出工件的最终组织.应用本文中的相变计算模型,相变的计算结果与工件金相照片中的实测结果基本吻合.     

THEORY OF BAINITIC TRANSFORMATION: A MODEL WITH COUPLED FIRST-ORDER PHASE TRANSFORMATIONS

1.IntroductionBainite,discoveredinsteelmorethansixdecadesago[1],nowhasbecomeanenlargedtermofphysicalmetallurgyandmateriasscience.Itcharacterisesaseriesofphase-transformationproductsformedintherangeofintermediatetemperaturenotonlyinsteelbutalsoinothernonferrousalloysystemsandeveninsomeoxideceramics[2l.Beingofgreatpracticalandtheoreticalimportance,ithasbeenextensivelyinvestigatedanddeeplyconsideredI3.However,someessentialaspectsarestillhighlycontroversialI4].Theexistingtheorlesofthetwoschools,…     

Thermoelastoplastic and Residual Stress Analysis during Induction Hardening of Steel

A theoretical model was developed to predict the thermoelastoplastic and residual stresses developed in a round steel bar during induction hardening. For numerical analysis, a quasi- static, uncoupled thermoelastoplastic solution based on the hyperbolic sine law of Tien and Richmond was formulated. The properties of the material were assumed to be temperature dependent. The phase transformation was considered in the numerical calculation, and the results were compared with the case where phase transformation is avoided. The cylinder was heated rapidly; once the temperature of the outer surface exceeded the transformation temperature, the cylinder was rapidly cooled. Accordingly, in the numerical calculation, only the area at the vicinity of the outer surface was assumed to transform to martensite. The results showed that the compressive residual stresses at the vicinity of the outer surface were considerably higher than the tensile stresses at the center.