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。     

7050铝合金零件淬火过程中温度场及热应力场的模拟研究

综合考虑了7050铝合金材料热物性参数与力学性能参数的非线性问题,借助有限元软件ABAQUS对7050铝合金法兰盘零件进行了淬火过程中温度场、热应力场的计算机数值模拟,得到其冷却曲线与热应力分布情况.结果表明:7050铝合金零件淬火过程中表层金属承受拉应力,心部金属承受压应力的空间分布特征,且无论是拉应力还是压应力都在淬火开始不久出现峰值,至冷却结束时整个零件的应力状态趋于平衡,应力降低至最小值.     

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。     

Cr5锻钢支承辊最终热处理过程数值模拟

采用有限元数值模拟技术,建立了Cr5锻钢支承辊在最终热处理过程中的三维传热温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了Cr5锻钢支承辊在其最终热处理过程中的温度、组织和应力的分布与演化过程,分析了换热系数和回火保温温度等工艺参数对支承辊内部温度、组织和应力的影响。结果表明,在喷雾淬火过程中支承辊产生裂纹或开裂的可能性较小,但喷雾淬火结束后支承辊表层和心部温差较大,应进行回火处理;支承辊进入回火炉初期,其心部应力状态迅速由压应力转变为拉应力并急剧增大到峰值,心部的轴向拉应力可接近其对应节点温度下的抗拉强度,容易产生横向裂纹或开裂;提高回火保温温度能够有效降低心部拉应力,从而降低其发生淬火裂纹或开裂的几率。     

比较厚板淬火换热系数反求的两种方法

在厚板淬火过程的数值模拟中,换热系数的正确求解是保证其温度场及应力场模拟结果与实际结果一致的前提。在实测冷却曲线的基础上建立了换热系数求解的两种数学模型,计算了换热系数随淬火时间关系曲线。基于ABAQUS模拟软件分析了两种模型在某特定区域温度场的实测与模拟误差。结果表明,换热系数随时间呈非均匀分布,在20～40 s之间出现换热系数峰值;一点法求解的换热系数优于两点法;两种方法计算的表面温度均出现温度回升现象,但一点法求解的表面温度回升较两点法的平缓。     

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.     

真空油淬过程中换热系数的测算

为了获取不同真空油淬工艺条件下的换热系数,对真空油淬换热特性进行研究.采用φ40 mm×80 mm不锈钢探头在双室真空油淬炉内进行真空淬火试验,测得多种工艺条件下的冷却曲线.借助INTEMP有限元软件求解热流密度,根据牛顿换热定律计算出换热系数.然后,将其作为边界条件求解淬火过程温度场,可以得到与实测值吻合较好的冷却曲线,验证了换热系数的准确性.最后,比较了不同工艺条件下的换热系数.结果 表明:油温升高会使得高温段冷却强度提升,低温段冷却强度略有降低;油面压力的升高会提高淬火油特性温度,显著提升核沸腾阶段的冷却强度;增大搅拌频率对膜沸腾阶段基本无影响,但是可以增强核沸腾和对流换热阶段冷却能力.     

7085铝合金自由锻厚板淬火-分段冷压残余应力演变规律研究

实验获得了7085铝合金自由锻厚板室温(25℃)浸没式淬火的表面热交换系数,其值随着金属表面温度的升高先增大后减小,并在183℃达到峰值8112 W/(m~2·℃),采用有限元模拟研究了分段重叠冷压方式削减淬火残余应力后的残余应力演变规律和冷压量削减淬火残余应力的效果。结果表明:降温过程中表面和心部最大温差可达298℃,其中心部温度降到350℃以下需要60 s;淬火后残余应力为心部受拉表面受压,拉应力最大值为248 MPa,压应力最大值为-221 MPa。对比分析了不同冷压量削减淬火残余应力的效果,得出分段重叠冷压法削减淬火残余应力的最优冷压量为1%。经过1%冷压后,厚板淬火残余应力明显降低,大部分应力分布在-50～50 MPa;冷压面区域有一定的高拉应力集中区,拉应力最高达116 MPa。     

5CrNiMo钢挤压模具淬火过程的数值模拟

借助ABAQUS有限元分析软件对几何形状复杂的5CrNiMo钢挤压模具淬火过程的温度场及热应力场进行数值模拟.计算综合考虑了非线性的材料热物性参数、力学性能参数、表面换热系数及相变潜热的影响.研究表明,淬火初期,工件表面与心部仅存在较小的温差,随淬火时间的延长,该温差不断增大,淬火约5s时,该温差达到最大值,此时表面温度虽已降低到192℃,但心部温度仍高达780℃,此后该温差不断减小,淬火约460s时,工件表面和心部温度趋于与介质相同的温度(20℃);淬火过程的热应力变化在工件内外表现为不同的特点,对于表面和心部节点,其主要表现为:表面先呈拉应力后呈压应力,心部先呈压应力后呈拉应力.     

基于三维热力耦合模型研究不等厚型材在淬火过程中的非均匀冷却行为（英文）

采用反向热传导算法并结合一维末端水淬试验求解热型材与冷却水的界面换热系数。以确定的换热系数作为热边界条件,基于Deform-3D仿真平台建立不等厚壁挤压铝型材在线水淬过程的三维热力耦合模型。系统研究型材水淬过程中的温度场、残余应力场和截面畸变。研究结果表明:随着冷却水流量的增加,界面换热系数增大;高冷却水流量的峰值换热系数出现在低的界面温度;型材淬火过程中横截面上的温度分布严重不均匀,淬火时间为3.49 s时最大温差为300°C;通过型材横截面不同壁厚部位的温差先急剧增大到峰值,然后逐渐减小;随型材各部位壁厚的增加,温度梯度明显增大;淬火完成后在型材接头内侧和壁厚为10 mm部位的两端存在较大的残余应力;非均匀冷却条件下,型材淬火过程中横截面呈现扭曲型畸变,最大扭曲角为2.78°。     

16Cr3NiWMoVNbE钢C型环真空低压渗碳及淬火有限元模拟

通过马氏体转变动力学和碳浓度的扩散系数有限元模型,对16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢C型环进行真空低压渗碳淬火的温度场、浓度场、组织场、以及应力场的研究。结果表明,渗碳淬火后,得到碳浓度分布,可以很好地解释表层部分的最终马氏体分布情况,为预测齿轮钢渗碳淬火后碳浓度分布和马氏体分布提供了可靠依据。     

GH4169大尺寸合金锻件残余应力试验研究

以采用三联冶炼工艺制备并经锻造和热处理后的GH4169合金大棒材为研究对象,基于钻孔法测量原理搭建了高温合金材料小孔法残余应力测试系统,完成了大规格棒材内部残余应力测量试验研究.采用有限元模拟技术对应变释放系数进行标定,结合试验数据计算残余应力并研究应力的分布特征与规律.研究结果表明,有限元标定的应变释放系数与Kirs...     

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。     

Ti2AlNb结构件高压气淬过程数值模拟

高压气淬过程中,由于冷却速率较大,工件易产生热应力,甚至发生塑性变形或开裂,因此能准确预测高压气淬过程中工件热应力分布对于工业生产尤为重要.本研究运用计算流体力学法建立了交流流动型立式高压气淬炉气淬过程的数值传热和湍流模型,模拟了Ti2AlNb超塑成形/扩散连接空心结构件的气淬过程,并通过间接耦合法得到Ti2AlNb结...     

大长径比薄壁壳体零件真空气淬畸变行为的数值模拟

建立了30Cr3SiNiMoVA钢大长径比薄壁壳体零件的金属-热-力耦合有限元数值分析模型,通过反传热计算获得了壳体不同位置表面综合换热系数曲线,研究了真空气淬过程中薄壁壳体零件的温度场和组织场的演变规律,并对其畸变行为进行了详细分析。研究表明:同一换热面上的冷速大小为薄壁部位>顶部>台阶部位,且阳面的温度变化更为剧烈;应力演变曲线均出现两个峰值,第一个峰值是由温度差异导致的热应力引起的,第二个峰值是由马氏体转变产生的组织应力引起的;淬火之后,阳面高度增加了2.08 mm,增加幅度为0.082%,阴面高度增加了2.33 mm,增加幅度为0.092%,薄壁位置处外径增加了0.81 mm,增加幅度为0.270%,台阶位置处外径增加了0.57 mm, 增加幅度为0.186%。实测结果与模拟结果相符,误差小于10%。     

偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

目的结合摩擦片的失效原因,分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型,设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能,研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线,摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区,但靠近边缘,等效应力和温度值略微减小。适当减小压力,增大滑动速度,减小摩擦系数,有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布,温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比,验证了有限元分析的正确性。结论通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数,可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区,进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。     

Simulation of temperature and stress in 6061 aluminum alloy during online quenching process

The cooling curves of 6061 aluminum alloy were acquired through water quenching experiment. The heat transfer coefficient was accurately calculated based on the cooling curves and the law of cooling. The online quenching process of complex cross-section profile was dynamically simulated by the ABAQUS software. The results suggest that the heat transfer coefficient changes during online quenching process. Different parts of the profile have different cooling velocity, and it was verified by water quenching experiment. The maximum residual stress of the profile was predicted using FEM simulation based on ABAQUS software. The relations between the temperature and stress were presented by analyzing the data of key points.     

Study on inhomogeneous cooling behavior of extruded profile with unequal and large thicknesses during quenching using thermo-mechanical coupling model

The interfacial heat transfer coefficient between hot profile surface and cooling water was determined by using inverse heat conduction model combined with end quenching experiment. Then, a Deform-3D thermo-mechanical coupling model for simulating the on-line water quenching of extruded profile with unequal and large thicknesses was developed. The temperature field, residual stress field and distortion of profile during quenching were investigated systematically. The results show that heat transfer coefficient increases as water flow rate increases. The peak heat transfer coefficient with higher water flow rates appears at lower interface temperatures. The temperature distribution across the cross-section of profile during quenching is severe nonuniform and the maximum temperature difference is 300 °C at quenching time of 3.49 s. The temperature difference through the thickness of different parts of profile first increases sharply to a maximum value, and then gradually decreases. The temperature gradient increases obviously with the increase of thickness of parts. After quenching, there exist large residual stresses on the inner side of joints of profile and the two ends of part with thickness of 10 mm. The profile presents a twisting-type distortion across the cross-section under non-uniform cooling and the maximum twisting angle during quenching is 2.78°.     

Fe81Ga19磁致伸缩合金的动态机电耦合系数

采用区熔定向凝固的方法,制备目标成分为Fe81Ga19的磁致伸缩取向晶体,进行900℃保温真空热处理3 h后油淬.采用交流阻抗仪测定其阻抗谐振频率,求出机电耦合系数(K33).结果表明,直流磁场强度从32.7 mT增加到48.1和63.6 mT时,K33值由0.126增加到0.129和0.133;压力从0增加到15 MPa,在32.7 mT磁场条件下K33值与预加应力变化关系不明显,但在63.6 mT磁场及15 MPa下热处理样品的K33值达到0.157;样品表面缺陷对交流阻抗曲线有直接影响,存在表面缺陷的样品很难测出K33值.     

40Cr钢喷雾淬火换热系数的计算及数值模拟

为计算ф25 mm×100 mm 40Cr圆柱试件喷雾淬火冷却过程的换热系数,采用四通道采样系统测定了喷雾淬火过程的冷却曲线,并用反传热法中的非线性估算法计算出换热系数。计算结果表明,喷雾淬火过程分3个阶段:膜沸腾阶段、核沸腾阶段和对流换热阶段,并在冷却到120℃时,换热系数达到峰值9800 W·m-2·℃-1。采用此换热系数作边界条件,对40Cr钢的喷雾淬火过程进行了数值模拟,得到淬火过程中不同时刻的温度场、组织场、硬度场和应力场。