淬火过程的计算机模拟

本文概述了计算机辅助预测淬火后硬度分布和基本原理；叙述了影响这种预测精度的因素；特别强调在计算冷却曲线时要利用有效的热传导数据；比较了在两种情况下实测和预测的冷却曲线。一种情况为热传导系数是常数，另一种情况为热传导系数作为实际热流的函数。     

淬火过程冷却曲线的采集及换热系数求解方法的研究

设计了基于工业标准结构总线（ISA）的淬火冷却曲线高速采集系统，并用该系统采集了P20钢在20℃和60℃水中的冷却曲线，提出了一种求解淬火过程随温度变化的换热系数的新方法。该方法把有限元法引入反向热传导问题，根据试验测量的温度曲线，使用最优化方式确定合理的边界换热系数。在计算过程中，通过有限元法得到工件内部相应位置在相应时间段所产生相变潜热，并将各单元的相变潜热与单元温度场进行耦合计算。     

焊接过程热传导系数反演法

由传热学基本方程，推导出了由温度场全场信息反演热传导系数的数学模型。证明了焊接过程热传导系数反演法的可行性。结合红外热象法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场。参照温度场全场信息，通过计算分别获得了加热和冷却过程热传导系数随温度变化曲线。结果表明，焊接过程中温度变化方向对热传导系数的影响是显著的，即出现“滞后”现象。此方法可为准确模拟焊接温度场、应力应变场奠定基础。     

铝合金厚板淬火表面换热系数的离散解析求法

为了快速准确求取铝合金厚板淬火过程的换热系数,对淬火热传导过程进行分析。首先,将换热系数解析过程假设为淬火温度离散化的,并且是相邻离散点可进行迭代优化的计算过程。然后,分步解析求解了各离散温度区间的换热系数,最后完成了数据修正和仿真计算还原。结果表明,该方法获得的换热系数,可以使实验冷却曲线与计算冷却曲线较好的吻合,从而证明这种计算方法的可行性,并在文末对该方法的误差来源和特点进行了分析。     

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。     

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。     

基于反热传导法的铝合金喷水冷却界面换热系数求解

数值模拟喷水冷却过程时,界面换热系数的准确求解是保证模拟结果可靠的先决条件。本文采用反热传导法求解了6082铝合金喷水冷却界面热流密度和界面换热系数,并通过对比同一特征点的试验测量温度和计算温度,验证了反热传导法计算结果的可靠性。结果表明:铝合金喷水冷却过程中,界面换热经历了过渡沸腾阶段、核沸腾阶段和单相对流阶段,且过渡沸腾阶段冷却界面的热交换率明显高于核沸腾阶段;铝合金喷水冷却的界面热流密度随试样表面温度降低先增大后减小,其最大值约为4.4 MW/m~2;铝合金喷水冷却的界面换热系数随试样表面温度降低先近似线性增大后逐渐减小,其最大值出现在核沸腾换热阶段,约为23. 8 k W/m~2K。     

基于反热传导法的镁合金半连铸一冷区换热系数研究

文中设计了模铸实验并采用喷水冷却方式来模拟AZ31镁合金半连铸一冷区传热过程,得到了用于反求界面换热系数的温度变化曲线。采用反热传导法求解了不同冷却水量下熔体-模具间的界面换热系数,并分析了冷却水量对界面换热系数的影响。结果表明,随着冷却水量的增加,界面换热系数峰值与冷却水量呈正相关,冷却水量由20 L/min提高到60 L/min时,换热系数峰值从1 425.8 W/(m²·K)增加到2 727.5 W/(m²·K),且高冷却水量的换热系数峰值出现在低的温度;随着冷却水量的增加,从铸坯边部到中心的凝固组织均匀性明显提高。     

淬火过程的冷却机理及其影响因素

文章以令人信服的实验结果说明了淬火过程的冷却机理，提示了淬火剂、浴温、浓度与表面润湿时金属的物理性能、冷却速度、热传导系数之间的相互依赖关系。同时也探讨了冷却速度的测量，有表面润湿过程的特征表面润湿对于热传导、时间－温度关系及硬度的影响。为优化淬火工艺提供了重要依据。     

淬火过程的冷却机理及其影响因素

文章以令人信服的实验结果说明了淬火过程的冷却机理,提示了淬火剂、浴温、浓度与表面润湿时金属的物理性能、冷却速度、热传导系数之间的相互依赖关系。同时也探讨了冷却速度的测量,有表面润湿过程的特征表面润湿对于热传导、时间—温度关系及硬度的影响。为优化淬火工艺提供了重要依据。     

筒节淬火界面换热系数求解方法对比

以压力容器筒节为研究对象，基于中空圆柱热传导差分方程，采用温差直接法和温度迭代法，建立换热系数求解的数学模型。根据筒节的实测冷却曲线，通过非线性温度迭代法和温差直接法求解界面换热系数随淬火时间变化曲线，模拟筒节试件淬火过程温度场，对比试验值与两种方法模拟值的误差，验证温差直接法的可靠性，并比较温度迭代法与温差直接法的差异。结果表明，两种方法的温度模拟结果误差都在18%以内且差距不大，但温差直接法的准确性优于温度迭代法。     

气体淬火的冷却能力

应用气体对钢铁进行冷却 ,用氦气Ｈｅ和氢气的冷速比用氩气Ａｒ和氮气要快。气体的冷却能力随气体的流速和压力增大而增大 ,另外 ,气体的温度愈低 ,冷却能力也增大。当这几项参数相同时 ,气体的热传导系数愈大 ,则相应冷却能力愈大。气体的热传导系数对单原子气体可用下式求得 ,实际上对多分子气体场合也与之相近 :λ =ε(1/ｄ2 ) (ｋ3/π3/ｍ) 0 .5式中 ,ε为修正系数 ,ｄ为气体分子的直径 ,ｋ为波尔兹曼常数 ,Ｔ为温度 ,ｍ为 1个气体分子的质量。表 1中列出 30 0ｋ时各种气体的热传导系数、分子量、分子直径等参数。图 1为 1ｉｎｃｈ直径…     

热传导系数对TC4钛合金热变形过程摩擦因数测定的影响

对TC4钛合金在变形温度为940℃、外径、内径和高度之比为20:10:7的圆环进行圆环镦粗实验,并采用有限元软件DEFORM 3D对镦粗过程进行模拟。结果表明:热传导系数对摩擦因数的测定有很大影响,热传导系数增加导致工件与模具的接触面温度下降,摩擦增加;对于不同的润滑介质应采用不同的热传导系数进行模拟,从而建立不同的理论校准曲线。采用不同的热传导系数分别建立玻璃润滑和干摩擦条件下的理论校准曲线,结合圆环镦粗实验,最终得出TC4钛合金940℃高温变形时在干摩擦和玻璃润滑条件下的摩擦因数值分别为0.59和0.42。     

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。     

基于有限元和最优化方法的淬火冷却过程反传热分析

淬火过程换热系数的求解是反向热传导问题中的一种不适定和非线性问题．本文提出了一种求解淬火过程随温度变化的换热系数的新方法,该方法把有限元方法引入反向热传导问题,根据实验测量的温度曲线,结合使用最优化方法中的进退法和试探法确定合理的边界换热系数．为了使进退法适用于该类反传热问题,对其算法进行了改进,并用其确定换热系数优化的搜索区间,然后用试探法(黄金分割法)在搜索区间内找到换热系数的最佳值．在计算过程中,利用有限元法可以方便地计算出各个单元在整个过程的相变情况,得到各单元在相应时间段所产生相变潜热,并将各单元的相变潜热与单元温度场进行耦合计算．     

铝合金ADC12Z高压铸造过程中铸件与铸型间界面热交换系数的研究

通过采集高压铸造过程中铸型内部温度的变化曲线,采用热传导反算法,求解了以铝合金ADC12Z为铸件材料的铸件-铸型界面换热系数,分析了该界面换热系数随铸件厚度的变化规律.计算及分析结果表明:在压铸过程中,铸件-铸型界面换热系数迅速升至最大值,随后下降,凝固结束后趋于稳定.铸件厚度增大不仅提高了换热系数,而且对换热系数的变化趋势也有很大影响.同时,不同厚度的铸件,其固相率和冷却速率的变化规律也有较大区别.     

动态淬火介质冷却特性及换热系数的研究

为了研究工业生产条件下淬火油在不同流速下的冷却特性曲线及换热系数 ,用超声波多普勒流量计测定了淬火油槽的流速 ,按ISO9950标准测定冷却特性曲线 ,用 1 2 0mm× 1 2 0mm× 2 0mm平板状试样和反传热法测定与计算了换热系数。结果表明 ,随着介质流速的增加冷却特性曲线的冷速最大值及换热系数的最大值均呈增加趋势 ,当搅拌使介质中产生气泡时 ,介质的冷却能力明显降低。最后指出换热系数曲线能更好地反映表面热量传递的真实情况。     

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。     

双介质淬火冷却时间计算方法的研究

双介质淬火是钢件淬火重要方法之一，在双介质淬火中从一种介质中冷却转至另一种介质冷却的适当时刻是获得良好效果的关键。根据现有淬火介质冷却速度特性曲线，建立数学模型，计算出换热系数h，从而计算出冷却过程的时间，为完善和发展双介质淬火工艺开拓了新的途径。     

单辊旋铸CuFe15合金的冷却速度模拟

建立了单辊旋铸凝固过程的数值分析模型,将真空室、冷却辊和样品带作为一个整体换热系加以考虑,以单辊旋铸CuFe15和CuFe10合金条带为模拟对象,通过采用一维傅立叶热传导方程描述热传输过程,结合热传导理论和凝固理论对热传导方程的数学解析求解,计算了单辊旋铸法制备Cu-Fe合金薄带的冷却速度,得到了铜辊制备200μm厚CuFe15合金薄带的自由侧在凝固结束时的冷却速度为1.5×106K/s.这与早期人们预测的单辊甩带法的冷却速度相当.