齿轮渗碳过程的有限元分析

根据齿轮的二段渗碳工艺建立了渗碳过程的有限元数学模型,结合具体的渗碳工艺条件,编制计算程序,进行了模拟分析,得出了渗碳过程的碳浓度分布;重点分析了渗碳过程齿轮表面及内部碳浓度的变化特点,在强渗期和扩散期内渗碳层深度的变化规律,并对渗碳层碳浓度分布的模拟结果进行了试验验证。     

两段法渗碳扩散方程的解析解

用数学解析法对两段法渗碳扩散方程求解并加以证明和推论 ,给出了一段、两段及多段气体渗碳的碳浓度分布方程。由此可加深理解渗碳过程的物理本质 ,优化渗碳工艺技术参数 ,并可作为评定数值解误差的最好依据。     

高合金钢固体渗碳及渗层扩散的计算机模拟

讨论了高合金钢固体渗碳和渗碳后渗层的扩散处理,提出了计算高合金固体渗碳及渗件表面不发生脱碳情况下渗层扩散处理的碳浓度分布的数学模型,以此模型对3Cr13和Cr10钢固体渗碳和渗层扩散处理的碳浓度分布进行了计算机模拟。模拟结果与相应的试验结果基本吻合,表明了本文的数学模型及方法是可行的。     

一段式和二段式渗碳(氮)扩散方程的解析解及其物理意义

利用热量扩散方程在第三类边界条件下和一维、半空间内已有的积分求解公式,对工件预先未经渗碳和预先经过渗碳这两种初始条件,分别推导出一段式和二段式渗碳(氮)时扩散方程的解析解.通过对该解进行的数学分析和物理分析,可以更进一步地理解工件表面碳(氮)浓度的变化规律;并预测出在等温扩散条件下获得碳平台分布需要的最佳扩散时间.     

用数值模拟方法研究气体渗碳强渗期与扩散期的合理选择

利用气体渗碳的物质传递数学模型和气体渗碳ＣＡＤ软件进行了两段渗碳工艺的数值模拟计算,对两段渗碳工艺强渗期和扩散期选择的自适应原则提出了疑问,证明了其不合理性。发现Ｓ１与Ｓ２之比是随着渗碳工艺条件和渗层深度而变化的。最终碳浓度分布曲线上碳平台的长度与渗层深度有关,可以此为判据,计算由强渗期转入扩散期的最佳时间,制定两段渗碳工艺,得到满意的渗碳层浓度分布。相应的试验证明了其合理性     

高合金钢过饱和固体渗碳的计算机模拟

本文讨论了高合金钢过饮和渗碳过程,提高了计算高合金钢固体渗碳的碳浓度分布的数学模型,以此模型对3Cr13和Cr10固体渗碳的碳浓度分布进行了计算机模拟。模拟结果与相应的实验结果基本吻合,表明了本文的数学模型及方法是可行的。     

深层渗碳渗层质量的控制

根据大型重载齿轮的承载和失效特点，介绍了它对深层渗碳层质量的要求，并结合渗碳过程中碳传递和扩散，碳化物形成和长大等机理，分析了影响渗碳层质量的各种因素；提出了控制表面碳浓度，碳浓度分布和碳化物形态的方法和途径。     

大型重载零件高浓度深层渗碳渗层硬度分布的计算机模拟

在对高浓度深层渗碳的特点进行分析的基础上,考虑到碳化物的析出与溶解、温度及碳浓度对扩散行为的影响,气氛环境对相界面碳传递过程的影响,淬火烈度对渗碳层冷却效果的影响,提出了一种新的模拟高浓度深层渗碳渗层硬度分布的方法。     

球体渗碳碳浓度的模拟

用质量平衡原理，推导了球坐标形式下扩散方程的差分格式，计算了不同半径的球体渗碳后碳浓度分布和有效渗层深度，分析了球体半径的影响，并与用直角坐标形式下差分格式的计算结果进行了比较。结果表明，当球体半径较小时，两者有明显差异。因此，球体渗碳时，宜用球坐标形式下的差分格式进行模拟计算。     

常用渗碳材料渗层碳浓度分布数值模拟系统

建立了不同渗碳条件下渗碳层深度和渗层碳浓度分布模型，通过Visual Basic程序设计语言开发了常用渗碳材料渗层碳浓度分布的数值模拟系统。该系统可方便、快捷地得到在一定工艺条件下相应渗层碳浓度分布和渗碳层深度，为渗碳工艺参数的优化设计和渗碳过程的自动控制提供了重要的参考价值。     

BH复合催渗程控系统的构建及数值模拟

通过对可控气氛多用炉设备进行改造,将闲置不用的氨气管道改为BH催渗用滴注管道并设计了催渗剂滴注控制系统,实现了BH渗碳工艺的自动化控制。研究了20Cr2Ni4A钢930 ℃超级渗碳和BH渗碳两种工艺的渗碳动力学,并模拟了渗层深度与碳浓度分布曲线。结果表明: BH渗碳时碳扩散系数要大于超级渗碳,BH渗碳的扩散系数为2.084×10^-9 mm²·s^-1,超级渗碳为1.667×10^-9 mm²·s^-1。本文模拟的20Cr2Ni4A钢在930 ℃进行BH渗碳及超级渗碳时的碳浓度分布和渗层厚度变化与实际验证情况相符。实际渗碳后要达到相同渗层厚度,采用超级渗碳所需的时间要高于BH渗碳,BH渗碳的渗碳速率提高了22.6%。     

扩散时间对20MnCrS5齿轮钢真空渗碳的影响

采用真空低压渗碳高压气淬工艺对20MnCrS5齿轮钢进行表面真空渗碳处理,分析扩散时间对硬度梯度、渗层深度、显微组织以及碳含量分布的影响,并优化真空渗碳工艺。结果表明,随着扩散时间的延长,C原子由表层向基体发生扩散,当扩散时间超过100 min后,C原子的扩散速度减缓;当C含量超过1.0%后,淬火后容易形成尺寸较大的残留奥氏体,随着C含量的降低,显微组织由孪晶马氏体向位错马氏体转变,硬度下降;在本试验条件下,20MnCrS5钢合适的真空低压渗碳高压气淬工艺为930 ℃强渗42 min,扩散140 min,0.6 MPa高压气淬至室温,并在160 ℃低温回火2 h。经该工艺处理后,组织中碳化物等级为1级,残留奥氏体等级为2级,马氏体等级为3级,表层无内氧化,渗碳层厚度约为0.91 mm,符合技术要求。     

A Probabilistic Approach to Examine the Effect of Chemistry Variations on Distortion During Industrial Gas Carburizing

Industrial carburizing operations have been traditionally simulated for several decades by solving the diffusion equation. However, using this deterministic approach, it is difficult to capture batch-to-batch variations in the properties attributed to process and chemistry variations. In the current study, a probabilistic approach is used to capture the variations in process parameters and alloy chemistry. The advantage of this approach is illustrated through a case study on reduction in distortion variations as well as its absolute value during the carburizing operation. Finally, some of the opportunities and challenges in the carburizing simulation are discussed.     

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。     

Surface processes in carburizing

Conclusions In calculating carburizing processes in furnaces with a fluidized bed one can disregard the limiting effect of mass transfer on the surface; the efficiency of the general process of carburizing is fairly accurately described in this case by solving the diffusion equation with first-order boundary conditions. The rate of carburizing in convection furnaces operating with a liquid or gaseous carburizer is slowed down by surface processes. An increase of the carbon diffusion coefficient in the steel as the result of raising the carburizing temperature and increasing the thickness of the layer of soot increases the retarding effect of surface processes.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 1, pp. 53–55, January, 1972.     

用钢箔渗碳法测定β系数的问题和建议

用数值计算法模拟了钢箔的渗碳过程。根据模拟试验结果,按照钢箔渗碳试验的常用公式计算出工件表面传质系数β。结果表明,钢箔厚度、渗碳时间和钢箔的碳扩散系数对按常用公式计算的β系数值有明显的影响,该计算值总是小于模拟试验前的β系数设定值(即真值),而且随着钢箔中碳扩散系数的减小而减小。常用公式仅适用于钢箔的碳扩散系数为无限大的条件,否则所计算的β系数值是不正确的,并显示出受其他试验因素影响的虚假信息。常用公式的不当引用是造成长期来β系数的计算值不准确、可比性差的主要原因。根据钢箔渗碳方程的解析解,提出了新的计算β系数的方法,采用新方法可以求得接近真值的β系数,而且还能求得试验材料的碳扩散系数。     

Stresses from Oxide Film Imperfections During Metal Dusting

When metals or alloys protected by oxide films are exposed to a carburizing atmosphere, carbon may diffuse into the metal substrate because of imperfections in the film. Stresses from the change in carbon concentration in the metal substrate may arise and can result in spallation of the oxide film, crack initiation on the exposed surface and acceleration of metal dusting. In this paper, the stresses at a corner point, where the channel or flaw intersects the interface between the oxide film and metal substrate, are studied by a coupling model between carbon diffusion and elastic deformation. The results show that the stresses of the corner point depend on the oxide film thickness and channel width and are more sensitive to the former. The dependency varies with the time for which the metal substrate is exposed to the carburizing atmosphere. It is expected that the present study may lead to the comprehension of the metal dusting corrosion with regard to the effect of diffusion induced stress.     

硅对准贝氏体渗碳钢组织与性能的影响

研究了硅对准贝氏体渗碳钢渗碳组织与性能的影响。试验结果表明，硅降低渗层碳浓度、使渗碳层碳含量的分布平缓，阻碍渗层碳化物析出，渗碳后空冷渗层最外层组织为高碳马氏体和残留奥氏体。硅能显著提高渗碳钢的回火抗力。     

稀土快速渗碳在Fe-2.5V合金中的应用

在920℃、1.20%C碳势条件下,对Fe-2.5V合金进行了稀土渗碳和常规渗碳。结果表明,两种渗碳方法均可使Fe-2.5V合金得到组织为马氏体加V4C3碳化物的渗层,碳化物尺寸均为200～300 nm;稀土渗碳比常规渗碳的渗速提高了38%左右,经920℃×9 h稀土渗碳的渗层比常规渗碳的深0.3 mm。     

曲面渗碳碳浓度的模拟与计算

用质量平衡原理推导了柱坐标扩散方程的差分格式,计算了碳浓度分布,分析了曲面曲率半径的影响。当曲面曲率半径较大时,用柱坐标与直角坐标计算差别很小。当曲面曲率半径较小时两者有明显差异。