智能热处理及其发展前景

本文在论证热处理重要性的基础上,提出了智能热处理的基本架构,并指出智能热处理是智能制造的重要组成部分.热处理计算机模拟是智能热处理的核心技术,而热处理模拟软件则是涉及知识产权的重要载体,各国都十分重视其研发和工程应用.热处理模拟技术呈现出4个显著的发展趋势,即全流程建模、扩展求解域模型、多尺度性能预测、多场耦合建模.最后,作者就智能热处理需要重点关注的重大科学问题和共性关键技术进行了讨论.     

高碳钢铁路车轮新型热处理冷却工艺有限元模拟

针对非珠光体层十分突出的高碳钢重载车轮,基于MSC.Marc和Thermal Prophet建立了踏面淬火(CVQ)与复合淬火(CPQ)的有限元数值模型,对比分析了两种冷却方式对车轮热处理温度场及组织性能的影响,并进行了实物验证.结果表明:模拟计算结果与实物验证结果吻合较好.自踏面向下,CVQ车轮的温度梯度、组织梯度及强硬度梯度显著,其踏面近表层的非珠光体层深约15 mm,为马氏体(M)、贝氏体(B)及其混合组织.CPQ工艺能有效控制或基本消除非珠光体层,优化了轮辋全截面显微组织,强硬度梯度合理,并在踏面次表层一定深度范围内形成局部的强硬度极大值区,使该区域的强硬度较CVQ车轮略有提高.     

激光局部热处理的多场耦合建模

基于温度、应力应变和微观结构之间的耦合效应关系,采用JMat Pro软件建立激光局部热处理的多场耦合模型,分析了热处理过程中温度场和残余应力场的分布。结果表明,70Cr3Mo钢内部和表面的最大残余应力分别为11.9 MPa和190 MPa,其边缘组织中的奥氏体几乎全部转化为马氏体。     

热处理数值模拟进展之一——扩展求解域热处理数值模拟

金属热处理是复杂的多场耦合非线性物理过程,本文简要归纳前人有关"耦合换热"的研究成果,在此基础上首次提出了扩展求解域的热处理模型。它将温度场的求解域扩展到加热或冷却的热处理工件及其周围环境。用壁面函数法处理流场与固体之间换热,多物体多表面之间的辐射热交换用离散坐标法处理。各物体(子域)界面上的热流密度和温度是耦合换热的计算结果而不是预设定的边界条件。避免了现有的热处理模型中预先设定工件表面的边界条件所遇到的困难和不确定性,有助于更接近于实际生产的情况。本文以新型罩式渗氮炉的设计为例,运用扩展求解域的热处理数值模拟方法成功地进行了设备虚拟设计,证明了该模型具有巨大的优越性。     

厚壁筒形工件连续感应热处理有限元模拟

对麦克斯威方程组和导热微分方程进行分解化简 ,得到计算无限长轴对称工件的电磁场、感生涡流和温度场分布的基本方程。基于这些方程在ANSYS软件上实现了对厚壁筒形工件连续感应热处理的计算机模拟计算。计算了加热、淬火和回火等热处理过程中 ,工件温度变化和加热功率变化 ,预测工件淬火冷却时的组织转变 ,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。通过模拟计算 ,实现了对连续感应热处理工艺的优化分析 ,而且找到了一种对连续感应热处理设备结构设计和工艺参数配置优化的方法     

网格划分密度与有限元求解精度研究

本文通过对不同网格密度、不同单元类型的有限元力学模型计算结果与精确解的分析比较，探索研究单元网格划分与有限元求解精度的内在联系，为在保证有限元解满足工程实际精度要求的前提下．确定合理的网格密度，提高有限元分析效率进行了有益的探索。     

基于热处理工艺的AACSR有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立钢芯铝合金绞线(AACSR)三维实体模型,赋予模型热加工工艺处理后的材料属性,并做网格化处理,对模型进行静力学分析以及模态分析.采用静力学分析获得应力值,82MnA材质的镀锌钢线最大应力为297.98 MPa,铝合金股线最大应力为191.56 MPa,说明经过热处理的导线性能良好.经模态分析...     

带内螺纹精密零件的热处理畸变有限元仿真

带内螺纹的精密零件在经历淬火-低温回火的热处理后发生了轻微的畸变,但是对于精密工程而言(如火箭发动机等),这些轻微畸变将会导致后续在装配过程出现无法装配的严重后果。使用有限元软件及其子程序,考虑了应力影响相变和相变塑性,计算得到了热处理过程中的温度场、应力应变场,以及热处理后的残余应力分布和零件畸变,该畸变与生产过程中的装配结果所显示的畸变基本一致。针对装配困难问题,结合数值模拟分析结果,提出了一些改进生产工艺控制零件畸变的建议。     

芯棒对连轧管轧制过程影响的三维有限元分析

用非线性有限元分析软件MSC.Marc/Superform对连轧管芯棒速度及其摩擦系数对轧制过程的影响进行了三维弹塑性热力耦合模拟仿真,得到了芯棒速度及其摩擦系数对轧制过程力能参数及变形参数间的影响规律.     

大规格带肋钢筋余热处理过程的有限元模拟

对生产大规格余热处理钢筋存在的力学性能不稳定、弯曲合格率低等问题进行了分析,指出解决此问题的关键,是选择合理的轧后控制冷却工艺。采用 限元法对φ３２ｍｍ大规格带肋钢筋轧后余热处理过程的温度场进行了模拟分析,并找出了头尾温度不均匀的原因。     

焊接残余应力在热处理过程中的演变

利用有限元法,对Q345R钢焊后热处理进行模拟分析.结果表明,焊态残余应力在焊缝和热影响区具有较高的应力水平,远离焊缝热影响区,应力逐渐降低.热处理后,残余应力降低了近60%,最大值位于热影响区浅表区域.热处理不仅使应力降低,同时使得应力发生再分布,母材热处理后应力增加.热处理过程中,随着温度升高,屈服强度降低,材料发...     

激光拼焊板HAZ力学性能的预测及有限元分析

提出采用加权平均方法描述激光拼焊板热影响区(Heat affected zone,HAZ)与母材、焊缝的性能关系,通过单向拉伸试验获得母材和焊缝的力学性能,据此建立热影响区性能参数的计算模型,并采用ABAQUS有限元软件进行仿真分析.结果表明,采用模拟与试验结果的对比确定了合理的权重系数,同时验证了所求热影响区性能的有效性.作为对比,采用混合法则方法求得热影响区性能,并与加权平均方法的模拟结果进行比较,发现采用加权平均法的模拟结果与试验结果的差别更小,更接近于试验结果.     

核用SA508-3钢特厚板焊后热处理有限元分析

为了得到SA508-3钢特厚板焊接残余应力分布及焊后热处理对残余应力分布的影响,利用有限元方法对焊接及焊后热处理进行了模拟计算,计算结果表明:焊后热处理对试板焊接应力分布趋势影响较小,但焊后热处理可以大大减小接头应力数值,其中,纵向应力最大减小幅度为72%,横向应力最大减小幅度为70%;焊接接头存在应力分布准稳定区,且接头内部残余应力水平最小,其次为接头上表面,接头下表面应力水平最大;通过残余应力测定试验与模拟结果比对,两者结果吻合度很高,说明计算模型及计算方法可靠,可以指导实际SA508-3钢特厚板焊后热处理生产.     

15MnNiCrMoV钢叶轮焊后热处理数值模拟

用有限元法模拟分析了15MnNiCrMoV钢离心压缩机叶轮在不同焊后热处理温度下的残余应力变化。结果表明,叶轮在焊接完成后的等效应力较大,最大等效应力达到996 MPa,而且残余应力主要集中在进风口焊缝。叶轮分别经过650、700和750 ℃保温5 h的消应力热处理后,其母材和焊缝处的残余应力均明显降低,且叶轮在经过650 ℃´5 h焊后热处理后,整体残余应力降低了49.3%;700 ℃热处理后,残余应力降低了54.5%;750 ℃´5 h热处理后叶轮的残余应力降幅最大,较焊后降低了62.7%,750 ℃是叶轮较为理想的消应力热处理温度。     

热处理模拟软件Thermal Prophet的开发与应用

Thermal Prophet是最近开发的一款具有自主知识产权的热处理数值模拟软件。本文介绍了其基本架构、技术特点和基本功能。以热作模具钢模块淬火为例应用本软件进行了模拟,得到的畸变趋势与实际测量结果一致。通过考虑和忽略相变塑性两种模拟结果的对比,分析了相变塑性对淬火畸变所起的作用,指出了相变塑性是模拟淬火过程不可忽略的重要因素。     

塑料模零件淬火过程有限元模拟分析

采用有限元分析软件ANSYS Workbench对塑料模零件淬火过程中不同时段的温度场、应力场及变形情况进行了数值模拟,有效预测了塑料模零件的变形和开裂部位,通过模拟数值对塑料模零件淬火方式及工艺参数进行了优化。     

Development and implementation of cae system “hearts” for heat treatment simulation based on metallo-thermo-mechanics

Based on the framework of “metallo- thermo- mechanics” proposed by the authors,a CAE system, “HEARTS” (HEAt tReaTment Simulation system), has been developed to simulate metallic structure, temperature, and stress/strain in the heat treatment processes associated with phase transformation, such as quenching and tempering by means of the finite element method. In the first part of the paper, the governing theory is introduced; fundamental equations of metallurgical change due to phase transformation, heat conduction, and stress analysis are presented; and the effect of coupling among these three fields is discussed. The development strategy, methodology, structure, and directions for use of the HEARTS system are stated in the following sections. Simulated results on temperature , structural change, and stress/strain, as well as carbon content during the heat treatment process, are illustrated for engineering components in two- and three- dimensional shape and a Japanese sword by use of the system combined with a pre- /post- processor. The validity of the system is evaluated by comparison with the experimental data.     

航空工业中热处理现状和发展

航空工业是高端制造业,航空工业中热处理采用各种先进技术,总体上处于领先行列。本文介绍了航空热处理特点和近年的发展,从铝合金、钛合金、高温合金、钢的热处理及真空热处理、全面质量控制等方面阐述了航空热处理先进技术,今后发展方向是真空热处理新技术、特种可控气氛热处理、多功能复合化学热处理技术及热处理清洁生产技术。