用数值模拟方法改进淬火夹具结构和装夹方法以减少淬火畸变

用淬火过程的数值模拟方法,结合FLUENT和ANSYS软件的优势,从流体力学的角度提出减少薄壁壳体淬火畸变的工艺措施。结果表明,改进淬火夹具结构,将底板上导流孔的分布与工件放置位置结合起来,并在底板上放置工件的中心位置增设大孔,提高壳体下部的对流换热效率,使工件外表面淬火畸变减小约24.4%;淬火装夹方法采用悬挂方式时,工件淬火过程的温度分布更加均匀,工件外表面淬火畸变减小约33.4%。采用改进淬火夹具结构来减少淬火畸变的工艺措施更符合生产实际情况。     

基于分段热边界的杆件连续淬火过程的数值模拟

提出了一种针对连续淬火过程数值模拟的分段热边界方法,并得出了模型分段判据。以30CrNi3MoV钢多孔杆件为例,采用MARC软件对其进行了水淬模拟,得到了温度场、应力场、组织分布比例与硬度场。模拟结果表明,分段热边界法较整体热边界淬火模拟更符合实际工况,且工件内部温度随入水深度的增加而降低,工件应力由工件前端向后端衰减;淬火后的表面硬度为51.9~53.7 HRC,心部硬度为36.8 HRC,其与工件实际淬火后的硬度差最大不超过10%;孔偏向中心的畸变量为0.18~0.20 mm,工件长度的畸变量为1.85 mm,孔和工件的畸变量相差在5%以内。该结果验证了分段热边界方法的准确性。     

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.     

相变对22CrMo钢淬火应力影响的数值模拟

利用有限元法和热弹塑性理论,结合马氏体相变动力学方程,对22CrMo钢圆柱体试样在淬火过程中的温度场、组织场和应力场进行数值模拟分析,重点模拟分析了试样表面和心部在淬火过程中应力的变化及马氏体相变对淬火应力的影响。模拟发现,相变对淬火应力影响比较明显。在一定条件下,在油中淬火,组织应力对淬火应力分布的影响要远大于热应力的影响,最终试样的淬火残余应力将以表层为拉应力而心部为压应力的组织应力形式存在。通过对残余应力的测量结果表明,计算结果与实测值相吻合。     

A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火温度场、残余应力及变形的有限元分析(英文)

基于ABAQUS软件,采用有限元模拟计算的方法对A357铝合金大型复杂薄壁构件的淬火过程进行研究。通过采用传统的反传热方法,对不同淬火介质在不同温度下的换热系数进行精确求解。精确的换热系数确保对A357铝合金大型复杂薄壁构件淬火过程中温度场预测的准确性。采用3种淬火介质(水、机油,5%-UCON淬火试剂A)。通过综合考虑淬火介质及温度因素,对薄壁构件的残余应力及变形的分布和大小进行有限元预测,得到构件淬火结束后的最大残余应力及变形。     

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%。     

空心圆柱体GCr15钢淬火过程的计算机模拟

用有限元法研究了GCr1 5钢圆柱体在油淬过程中的温度、组织及应力变化。在实测了淬火油换热系数的基础上 ,对轴对称空心圆柱体淬火时的温度场和组织场进行了模拟。同时运用热弹塑性理论 ,对圆柱体内外表面点及中心点应力的演化过程进行了模拟。模拟结果表明 :圆柱体内表面的冷速小于外表面。在淬火初期 ,由于热应力的作用使工件表面受拉而心部受压 ,在发生应力反向前 ,发生了组织转变 ,并使表面应力迅速转向 ,在应力达到最低点后又逐渐回升 ,最后表面形成了拉应力。心部的应力变化正好相反 ,最终形成了组织应力型的内应力分布。     

大面积聚晶金刚石复合片电火花加工温度场及应力场的数值模拟

在研究电火花加工机理的基础上,基于有限元原理,建立了电火花连续脉冲放电磨削聚晶金刚石复合片时的物理模型,对磨削过程工件表面的温度场、应力场分布及工件材料的变形规律进行了模拟分析.研究了脉冲宽度及峰值电流对温度场、应力场分布及复合片变形量的影响规律.结果表明,有限元法是分析大面积聚晶金刚石复合片电火花磨削过程中温度场、应力场及变形的一种有效方法,其计算结果可用来指导制定合理的加工工艺参数以提高加工质量和加工效率.     

感应淬火电磁-热耦合场的有限元分析

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了轴对称感应加热工件的电磁场、感生涡流和温度场分布的基本方程;并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了二维有限元分析模型,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对实际的工件感应淬火过程进行了仿真.计算中考虑了工件材料物理参数随温度变化对加热过程的影响.仿真结果形象地描述了感应加热中明显的邻近效应和集肤效应,试验工件的电流透入深度大约为3 mm.仿真温度分布曲线与试验曲线相吻合,说明仿真模型的准确性,为进一步研究感应淬火热处理加工过程提供了很好的依据.     

空心圆柱体GCrl5钢淬火过程的计算机模拟

用有限元法研究了GCr15钢圆柱体在油淬过程中的温度、组织及应力变化。在实测了淬火油换热系数的基础上，对轴对称空心圆柱体淬火时的温度场和组织场进行了模拟。同时运用热弹塑性理论，对圆柱体内外表面点及中心点应力的演化过程进行了模拟。模拟结果表明：圆柱体内表面的冷速小于外表面。在淬火初期，由于热应力的作用使工件表面受拉而心部受压，在发生应力反向前，发生了组织转变，并使表面应力迅速转向，在应力达到最低点后又逐渐回升，最后表面形成了拉应力。心部的应力变化正好相反，最终形成了组织应力型的内应力分布。     

304不锈钢热处理过程温度场和应力场数值模拟

以304不锈钢为研究对象,分别测量了304不锈钢试样经淬火和空冷后的残余应力场。建立有限元模型,模拟了上述试样的温度场和应力场,并将模拟的残余应力场和测量结果进行了比较,二者吻合较好,证明所建立的模型是有效的。在此基础上,分析了淬火和空冷过程中温度场和应力场的变化规律。     

受约束内覆薄壁管对接焊温度场和应力场的数值模拟

针对复合管对接焊时,较厚的外层基材对内衬薄管焊接的温度场分布和应力场变化的约束影响,以及基材与薄管的接触效应,运用有限元法,在焊接过程使用"时间幅值"和"单元联接"等技术,建立了相应的有限元分析模型,计算了复合管对接焊内衬薄管的温度场变化和焊后残余应力的分布状况.通过计算,对薄管焊接速度、应力进行了分析讨论,并对薄板材料性质、结构尺寸、焊接热输入等焊接失稳变形的影响因素进行了研究.结果表明,薄板结构尺寸、焊接热输入对变形影响较大,而材料性质相对影响较小.     

Finite element simulation of quench distortion in a low-alloy steel incorporating transformation kinetics

The uncontrolled distortion of steel parts has been a long-standing and serious problem for heat treatment processes, especially quenching. To get a better understanding of distortion, the relationship between transformation kinetics and associated distortion has been investigated using a low-alloy chromium steel. Because martensite is a major phase transformed during the quenching of steel parts and is influential in the distortion, a new martensite start (M_s) temperature and a martensite kinetics equation are proposed. Oil quenching experiments with an asymmetrically cut cylinder were conducted to confirm the effect of phase transformations on distortion. ABAQUS and its user-defined subroutines UMAT and UMATHT were used for finite element method (FEM) analysis. The predictions of the FEM simulation compare well with the measured data. The simulation results allow for a clear understanding of the relationship between the transformation kinetics and distortion.     

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.     

淬火剂SST101冷却机制的探讨

本文对淬火剂ＳＳＴ１０１在其不同浓度、温度下冷却曲线及４０Ｃｒ钢在该介 淬火后的淬透性、变形开裂性的测定,探讨了其冷却机制。结果表明,该淬火剂在冷却金属时,在钨表面形成一层聚合物隔离膜,此膜能降低金属淬火时产生的热应力和组织应力,避免了冷却不均现象,减小了工件变形与开裂。     

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．     

20钢渗碳淬火应力与畸变的有限元计算

介绍了淬火冷却过程中应力与畸变计算的基本原理，对20钢渗碳层中碳的分布进行了非线性回归处理，建立了渗层的碳分布模型。对20钢渗碳后的淬火应力与畸变进行了有限元计算。结果表明，淬火应力与畸变的计算结果与实际吻合。     

35Cr2Ni4MoA高强钢摩擦焊接头热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,由焊件材料的性能参数及焊接工艺参数建立了二维轴对称粘塑性热力耦合有限元模型,对35Cr2Ni4MoA材料环形工件的连续驱动摩擦焊过程进行了模拟,得到并分析了温度场、应力应变场以及轴向缩短量的变化规律.测量了实际焊件的轴向缩短量和飞边形状,并与计算结果进行了对比,结果表明,利用该模型得到的摩擦焊接头飞边形状和轴向缩短量的计算结果和试验结果吻合较好.建立的有限元模型有助于制定合理的焊接工艺参数.