55CrMo钢的奥氏体化相变动力学

为了利用数值模拟技术计算感应加热过程中丝杠的奥氏体化情况,利用Gleeble1500D热模拟试验机,测试了55CrMo钢试样在升温速率为0.05~-50 K/s时的膨胀曲线,得到了它的奥氏体化温度与加热速率的关系。根据相变膨胀曲线,利用杠杆定律得到了奥氏体转变量与温度的关系,并对非等温相变Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程中的动力学参数进行了线性回归分析,得到了JMA相变动力学模型。利用数值模拟技术,计算了丝杠在感应加热时的奥氏体化情况和淬火后的硬度曲线,并与实验结果进行对比。结果表明,模拟结果与实验结果吻合得较好,所得到的JMA方程能较好地描述55CrMo钢的奥氏体化过程。     

30Cr2Ni4MoV钢的奥氏体化动力学

研究了30Cr2Ni4MoV低压转子用钢加热过程中的连续相变动力学与等温相变动力学.在测定该钢在0.008～20 K/s加热速率下奥氏体化膨胀曲线的基础上,运用Kissinger方法对实验数据进行基于非等温相变Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)模型的动力学分析,确定了模型中的参数:奥氏体化相变激活能Q约为2.367×106 J/mol,J-M-A指数n约为0.2448,指前因子Ink0约为270.5.根据这些参数和J-M-A方程可进而获得等温奥氏体化相变动力学曲线.结果表明,非等温连续相变动力学曲线中包含等温相变动力学信息.对由于孕育期极短而难以准确测定的等温相变动力学曲线,从连续转变动力学数据抽取得到是一种可行而有效的方法.     

42CrMo钢曲轴电磁感应加热过程奥氏体化

根据高精度差分膨胀仪测量的42Cr Mo钢不同加热速度下奥氏体化膨胀量,获得了奥氏体化过程相关的动力学信息,并利用基于JMAK方程的扩展解析动力学方法拟合了考虑加热速度影响的42Cr Mo钢奥氏体化过程动力学模型。拟合结果与实验结果吻合很好;等速加热时,奥氏体化时间与加热速度满足双对数线性关系。利用扩展动力学解析模型和叠加原理,预测了某曲轴42Cr Mo钢加热速度连续变化的电磁感应加热过程中的奥氏体化过程,为后续淬火过程预测提供了组织准备,为加热速度连续变化的加热过程奥氏体化提供了一种预测方法。     

低压转子用钢奥氏体化过程的预测

通过实验和相变动力学方法对30Cr2Ni4MoV钢在连续加热过程中的奥氏体化过程进行了研究。结果表明,奥氏体化的相变激活能Q和相变动力学参数n,k0分别为2.358×106J/mol,0.2501和269.8。通过拟合得到的奥氏体化曲线与实验结果吻合较好,并且对该钢在加热过程中的等温转变曲线进行了预测。     

5CrNiMoV钢的奥氏体化动力学预测

利用DIL-805ADT动态热膨胀相变仪测定5CrNiMoV热作模具钢在不同加热速率下的膨胀量并对膨胀曲线数据进行分析,运用Kissinger方法拟合出了非等温扩散相变动力学Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)模型中的奥氏体化相变激活能Q、相变参数n和lnk₀,建立5CrNiMoV钢奥氏体化动力学模型。该模型计算所得的奥氏体转变量与试验测量结果相吻合,可用于预测等温奥氏体化动力学曲线和设计5CrNiMoV钢的奥氏体化工艺过程。     

加热速率对FV520B钢奥氏体化相变动力学的影响

通过热膨胀实验测得了在不同加热速率条件下FV520B钢奥氏体化的膨胀量变化曲线,研究了不同加热速率对相变特征温度和连续奥氏体化动力学的影响,建立了FV520B钢奥氏体化的相变动力学模型,并对其准确性与使用范围进行验证和分析,并根据此模型建立了FV520B钢圆盘工件的热-组织耦合模型,计算了工件加热、保温与淬火过程的温度与组织转变。     

核压力容器用SA508Gr.4N钢加热过程中的奥氏体相变

采用Formastor-FⅡ型热膨胀装置测定了SA508Gr.4N钢在不同加热速率下连续奥氏体化过程的热膨胀曲线,研究了该钢的连续奥氏体化相变行为,发现当加热速率较低时,相变开始温度较低,且相变温度区间延长。建立了SA508Gr.4N钢奥氏体化相变的Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)方程,并根据试验数据拟合得出奥氏体化相变激活能Q约为1.151×10~6J/mol,J-M-A方程参数n=0.67,lnk_0=129.6。根据J-M-A动力学方程推导出不同温度下等温奥氏体相变动力学曲线,随着保温温度的升高,奥氏体化进程加快,奥氏体化相变速率增大。根据等温奥氏体相变动力学曲线获得了SA508Gr.4N钢的温度-时间-转变量曲线。     

0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢奥氏体化动力学研究

采用膨胀试验研究了0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢以0.05～10℃/s的速率连续加热时的相变动力学。结果表明:随着加热速率的增大,奥氏体化温度显著升高。利用杠杆定律计算获得了0Cr16Ni5Mo1钢中奥氏体生成量与加热温度之间的关系,采用Johnson-Mehl-Avrami (J-M-A)方程描述了钢的奥氏体化过程,并对相变动力学参数进行了拟合,得到奥氏体化相变激活能Q约为3.737×10~5 J/mol,J-M-A 指数n约为 0.905 43,指前因子 lnk_0约为 40.731,确定了0Cr16Ni5Mo1钢的奥氏体化动力学模型。基于非等温J-M-A方程绘制了等温奥氏体化动力学曲线和TTA (time-temperture-austenite transfor mation)图,可用于计算形状复杂零件连续加热的奥氏体化过程。     

20CrMo钢不同速率分段加热奥氏体化

采用DIL805A热膨胀仪,测定了20CrMo钢以3～180℃/min的速率加热奥氏体化过程中的膨胀量。根据杠杆原理计算了钢的奥氏体形成量。采用J-M-A方程进行了线性回归分析,以获得钢的等温奥氏体化动力学曲线。采用高温金相显微镜检测了以不同速率加热的20CrMo钢的奥氏体形成规律。结果表明：20CrMo钢的珠光体约在730～770℃开始转变为奥氏体,珠光体和铁素体约在860～890℃完全转变为奥氏体,奥氏体约在890℃以上温度达到成分均匀化。根据J-M-A方程计算的模型参数为：激活能Q约为6.014×10⁵ J/mol,n为0.607 477,ln k₀为62.442 15;在1 133 K以上温度钢中铁素体和珠光体转变为奥氏体的速率较快,转变时间在100 s以内;低于1 093 K时,铁素体和珠光体转变为奥氏体的时间显著延长。     

基于计算机仿真的30Cr2Ni4MoV钢奥氏体化动力学分析

试验测得了不同加热速率下30Cr2Ni4MoV钢的奥氏体化曲线,确定了J-M-A模型中的参数,并对该模型在变温相变条件下进行动力学分析。结果表明,J-M-A模型对奥氏体化相变过程的预测结果与实验结果基本一致,表明J-M-A方程能够准确描述30Cr2Ni4MoV钢的非等温以及等温奥氏体化过程。     

A computational study of austenite formation kinetics in rapidly heated steels

Surface hardening of steels involves rapid austenitization and subsequent quenching of the surface. The resulting extent of hardening largely depends on the rate of austenitization of the surface under the applied high heating rates. In the present work the kinetics of austenite formation in Fe-C alloys during rapid, non-isothermal heating conditions, characterized by high heating rates and short austenitization periods, were studied by means of computational simulation. Austenitization of lamellar pearlite/proeutectoid ferrite microstructures was simulated by assuming two kinetically distinct stages: i) dissolution of lamellar pearlite followed by ii) dissolution of proeutectoid ferrite. The two stages were simulated by two corresponding 1-D diffusion models employed in series. Numerical solution of the resultant moving-boundary diffusion problems provide calculated results regarding the dependency of vol. fraction austenite on thermal cycle parameters and on initial microstructural features of the steel. Analysis of calculated results showed that the vol. fraction of pearlite transforming to austenite during pearlite dissolution depended on maximum temperature, dwell time and pearlite interlamellar spacing. A functional relationship between these variables, consisting of a thermodynamic and a kinetic term, was established. On the other hand, the total vol. fraction of austenite forming in the steel, after both stages of austenitization, was found to follow a typical sigmoidal kinetic behaviour.     

42CrMo钢输出法兰感应淬火的数值模拟及验证

基于电磁-热-组织-应力耦合模型,采用数值模拟研究了42CrMo钢输出法兰感应淬火过程中的温度、组织和应力的变化规律,同时采用硬化轮廓对比和硬度检测验证了模拟的可靠性。研究表明,在加热阶段,输出法兰圆弧过渡区的上、下尖角比中间位置先到达奥氏体化温度,感应区域温度到达材料居里点后加热效果逐渐减小;随着温度升高,法兰表面的组织由原始组织向奥氏体组织转变;法兰表面应力在加热阶段为压应力状态,加热开始阶段迅速增大,随着内部温度升高逐渐减小;在淬火阶段,温度迅速降低,表层奥氏体快速转变成马氏体,表层处应力经过短暂拉应力时刻,然后转变成压应力(轴向、径向和切向应力都为压应力),其中径向压应力最大,约为460 MPa。     

Induction Hardening 5150 Steel: Effects of Initial Microstructure and Heating Rate

Induction heating has permitted great progress in the surface hardening of a wide variety of steels, but results in a wide range of local thermal cycles. The metallurgical changes during rapid heating and cooling have not been sufficiently studied with respect to heating rate and prior microstructure. In the present investigation, induction dilatometry was performed on 5150 steel with ferrite-pearlite and tempered martensite initial microstructures to assess effects of experimentally controlled prior microstructure and heating rate on austenitization kinetics. Heating rates were varied from 0.3 to 300 °C/s to simulate industrial processes, and post-hardening metallography and hardness testing were performed. Results show that the transformation kinetics for prior ferrite-pearlite microstructures are significantly slower than for prior tempered martensite microstructures, although hardness is equivalent for a given thermal cycle. Metallographic evidence suggests significant remnant segregation of chromium in regions of pearlitic cementite (enriched); evidence of segregation was not observed metallographically for prior tempered martensite. Diffusion-based transformation simulations support observed ferrite-pearlite alloy segregation, suggest residual alloy segregation is possible for prior tempered martensite, and can be used to tailor austenitization thermal cycles to process requirements. Detailed time and temperature-dependent local microstructure development results from this study are directly applicable to practical induction hardening simulations.     

Q&P钢奥氏体相变动力学模型研究

针对Q&P钢实际生产中需要建立适用于连退工艺的奥氏体相变动力学模型的问题,通过热膨胀试验测得了在不同加热速率条件下Q&P钢的奥氏体相变膨胀曲线,基于JMAK方程建立了适用于连退工艺的奥氏体相变动力学模型,计算得到了试验钢相变激活能Q=9.66×10⁵J/mol,相变动力学参数n=0.185,lnk₀=104.64。利用DIL805A/D 膨胀仪对试验钢在两相区进行了保温+淬火试验,确定了不同工艺下的奥氏体体积分数。结果表明:当保温温度一定时,在较短时间奥氏体体积分数达到峰值,延长保温时间奥氏体体积分数增加缓慢;在相同保温时间下,保温温度越高,奥氏体体积分数越大。模型计算的奥氏体体积分数与试验结果吻合良好,能够准确预测奥氏体相变的体积分数。     

铸态GCr15钢在连续加热过程中的奥氏体化动力学特征与组织演变

利用DIL805A热膨胀仪记录了铸态GCr15钢在不同的加热速率下(0.5、3、5、30、100 ℃/s)的线膨胀量,获得了不同加热速率下的热膨胀曲线和奥氏体体积转变分数曲线,研究了加热速率对奥氏体化的影响。采用高温光学显微镜对该钢在连续加热过程中的奥氏体转变过程进行了观察分析。研究表明:GC15钢在连续加热过程中的奥氏体转变可分为3个阶段:在760~790 ℃为珠光体向奥氏体的转变、(Fe, Cr)₃C_II向奥氏体中的溶解和奥氏体的成分均匀化温度分别为790~890 ℃及890 ℃以上。并且随着加热速率提高,相变临界温度提高,相变速率提高。在连续加热过程中,铸态GCr15钢的奥氏体转变是一个形核和长大交替进行的过程。     

CALCULATION OF 3-D TRANSIENT TEMPERATURE FIELD DURING LASER TRANSFORMATION HARDENING PROCESS

1.IntroductionLasertransformationhardeningprocessisathreedimensiontransientheattransferproblemwhichinvolvesinphajsetransformation,heatconduction,heatconvectionandheatradiation.Thecalculationoftemperaturefieldoflasertransformationhardeningprocessisaprerequisitetotheoptimizationofparametersoflasertransformationhardening.Thisworkstartedintheearlyof1970',uptonow,alotofmodelsandcalculationmethodswereproposedtocalculatethetemperaturefieldoflasertransformationhardeningprocessll--gi.Allthesemodelsareb…     

三维点式感应淬火电磁热耦合场数值模拟

针对45钢三维点式感应淬火工艺进行参数设计,建立点式感应淬火过程的电磁场及温度场的非线性偏微分方程组,在有限元软件ANSYS中使用耦合场分析的方法实现了对加热功率为36 kW,电流频率为50 kHz的感应热处理工艺的数值模拟.结果表明,在综合考虑表面组织完全奥氏体化及感应加热效率的情况下,该工艺的最佳加热时间约为2 s.通过模拟分别得到使用冷却水和冷却油作为冷却介质时的感应淬火过程中的温度变化规律,结合45钢的连续冷却转变曲线,以马氏体转变临界冷却速度为判断依据,对淬火后工件表面组织进行预测,结果表明两种淬火条件均可以实现表面组织马氏体转变,实现工件的表面强化,且淬硬深度均约为1.0 mm.     

42CrMo钢加热过程中的奥氏体晶粒尺寸演变

通过金相试验方法测定42CrMo钢在890~930 ℃下保温10~240 min后的晶粒尺寸。结果表明,42CrMo钢在加热到试验温度890~930 ℃时已经完全奥氏体化,保温过程中的晶粒生长属于正常生长;加热温度对晶粒尺寸的影响较大,保温时间对晶粒尺寸的影响较小;随保温时间的延长晶粒生长缓慢,晶粒尺寸与保温时间满足指数小于1的函数关系。基于试验数据,通过线性回归得到晶粒长大的Beck模型参数,通过非线性回归得到Sellars和Anelli模型参数,3个模型的预测精度都较好,而Anelli模型的适用性要高于Beck模型和Sellars模型,故在预测42CrMo钢的奥氏体晶粒长大规律时宜使用Anelli模型。     

回火态AerMet100钢的热物理性能

AerMet100钢是一种先进的二次硬化型Ni-Co-Cr系结构钢,通过试验获得了回火态AerMet100钢的密度、热应变、弹性模量、泊松比、热导率、流变应力随温度的变化情况,以及升温过程奥氏体转变Ac₁和Ac₃点,降温过程马氏体转变Ms点和马氏体转变系数K_m。最后基于获得的回火态AerMet100钢热物理性能数据,以齿轮淬火过程为例,采用SYSWELD有限元分析软件进行了仿真分析。结果表明,回火态AerMet100钢的室温组织为回火马氏体+残留奥氏体,在升温过程中奥氏体反应热焓为42 600 J/kg,其他热物理性能参数均在Ac₁~Ac₃范围内发生非线性变化,且测试状态和升温速度不同导致Ac₁和Ac₃存在差异,回火态AerMet100钢不同冷却速度下的Ms基本一致,约为213 ℃,马氏体转变系数K_m值为0.011 736。SYSWELD有限元仿真分析表明,试验获得的各项热物理性能数据可用于该钢的热处理模拟分析。     

Influence of cyclic temperature changes on the microstructure of AISI 4140 after laser surface hardening

In recent years laser surface hardening using pulsed laser sources has become an increasingly established technology in engineering industry and has opened up wider possibilities for the application of selective surface hardening. However, the choice of the process parameters is generally based on experience rather than on their empirical influence on the resulting microstructure, and for hardening processes with cyclic temperature changes, almost no correlations between process parameters and hardening results are known. Therefore, some problems regarding the choice of the process parameters and their influence on the resulting microstructure still remain. In particular, there is a lack of data concerning the effect of cyclic temperature changes on hardening. To facilitate process optimization, this paper deals with a detailed characterization of the microstructures created in quenched and tempered AISI 4140 (German grade 42CrMo4) steel following a temperature-dependent laser surface hardening treatment. The structure properties were obtained from microhardness measurements, scanning electron microscopy investigations and X-ray diffraction analysis of retained austenite.