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.     

铝合金喷雾淬火界面换热系数的反分析求解

喷雾淬火数值模拟过程中,界面换热系数的准确性直接影响到模拟精度。以6082铝合金喷雾淬火试验为基础,采用反分析法求解了界面热流密度和界面换热系数,并验证了反求结果的可靠性。结果表明:铝合金喷雾淬火过程中,界面换热经历了过渡沸腾、核沸腾和单相对流3个阶段,但不存在膜沸腾阶段;过渡沸腾阶段,随表面温度降低,界面热流密度迅速增大,界面换热系数近似呈线性增大;核沸腾阶段,随表面温度降低,界面热流密度缓慢减小,而界面换热系数迅速增大。     

7A85铝合金表面换热系数研究

为了测量7A85铝合金表面换热系数以及优化反传热法计算表面换热系数的偏差,利用精密测温仪(GL900)对7A85铝合金片状试样进行了淬火冷却曲线测量,测量点A和B距端面间距为20 mm和40 mm。使用激光导热仪测量了在30～500℃之间试样的比热容,并进行了线性拟合。随后通过有限差分法外推得到端面冷却曲线,进而计算出表面换热系数。结果表明,使用室温比热容数据计算得到的端面淬火冷却曲线比实际曲线高,使用线性拟合后的比热容计算得到的端面淬火温度更准确。7A85铝合金端面换热系数随着温度降低,先增大后出现波动段,最终降低,在270℃时的最大表面换热系数为2250 W·m-2·℃-1。     

大型锻件喷雾冷却过程数值模拟

为研究锻件喷雾淬火冷却过程,研制了喷雾淬火热处理装置,并对轴类件进行喷雾淬火热处理试验.根据实际情况建立包含变物性、连续过冷沸腾换热边界的温度、组织、应力三场耦合非线性有限元模型,对喷雾冷却过程进行了模拟分析计算,温度计算结果与测试结果吻合较好,并分析了大型非淬透件热处理应力的尺寸效应.     

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。     

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。     

动态淬火过程的流-固耦合数值模拟

借助流体动力学计算软件CFD2000,对介质不同流速下试样的淬火过程进行了流.固耦合数值模拟.将实测换热系数曲线数值化并线性插值,得到了不同温度、流速下的换热系数,并赋给流.固换热边界,从而实现流.固耦合计算,同时得到了淬火介质流场和试样温度场.数值模拟结果与实测结果的对比表明,用该数值方法来模拟淬火介质存在相变的复杂淬火过程是可行的,能够显示出淬火过程的蒸汽膜、沸腾换热、对流冷却三个阶段以及各自的特点.该方法可避免复杂气液两相流的计算,简化淬火过程流-固耦合计算.     

6063铝合金在线淬火实验及有限元模拟

通过淬火试验获得了6063铝合金的在线淬火冷却曲线,结合数值方法获得该合金的在线淬火换热系数,运用ABAQUS有限元软件动态模拟了其在线淬火过程.结果表明:喷水淬火初始阶段,换热系数较小,随着淬火温度降低,换热系数逐渐增大至峰值约47 kW/(m2·℃),随后又逐渐减小;有限元模拟获得的冷却曲线与实测冷却曲线基本吻合;淬火时试样的温度分布符合一维传热特征,轴向应力呈“内压外拉”状态,且无论是拉应力还是压应力都在淬火开始不久后出现峰值.     

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。     

火车轮模锻成形工艺及热处理换热系数测算

为研究火车轮在模锻成形过程中内部金属流动及淬火加热、踏面淬火中的换热系数和温度变化,利用有限元软件对其模锻成形及热处理过程进行数值模拟分析,并结合黄金分割优化法对综合换热系数进行了反传热计算。结果表明:模锻过程中,辐板与上模接触区域的等效应变最大,轮辋外侧变形相对较小,踏面附近区域变形较均匀;在淬火加热过程中,换热系数随工件表面温度升高而增加,当温度在500℃以下时,换热系数随温度的升高而快速增加,500℃以后,增速缓慢,800℃时,换热系数达0.15 kW·(m^2·℃)^-1;踏面淬火时,在700℃以下,随温度下降,换热系数迅速增大,300℃时达到峰值3.1 kW·(m2·℃)^-1,在250℃以下,换热系数稍有下降,100℃时换热系数为2.5 kW·(m2·℃)^-1。     

基于H13钢水淬在线监测的热处理数值模拟优化

为准确预测厚度较厚的H13钢热处理过程中的温度场和淬火残余应力,对规格为φ300 mm×350mm的H13钢工件进行淬火实时温度监测,分别设置了位于芯部、亚表面(离外表面10 mm)、1/3R(离圆心50 mm)和2/3R(离圆心100 mm)处的监测点。考虑钢/水对流换热系数受沸腾条件和热辐射的影响,对对流换热系数h进行了优化。结果表明各个温度监测点的试验结果与计算结果相符,证明经过优化后的对流换热系数可应用于大截面尺寸工件温度场的预测。模拟工件淬火后的应力场并结合显微组织观察发现,淬火在750 s前后出现芯部、表面最大的拉压峰值应力差,证明大尺寸工件淬火存在淬火危险期。     

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%。     

An experimental study of heat transfer in aluminum castings during water quenching

The influence of quenching orientation and agitation conditions on heat transfer of aluminum alloys during water quenching was experimentally investigated with a test casting. The results indicate that heat transfer in water quenching of casting aluminum alloy consists of film boiling, nucleate boiling and convection stages. The highest heat transfer coefficients (HTC) are observed in the nucleate boiling, while the lowest is in the convective cooling stage. The heat transfer coefficients on the horizontal surfaces facing down during quenching are lower than those of other surfaces regardless whether the water is agitated or not. Agitation enhances heat transfer process especially when castings are at high temperatures and heat transfer process is in the film boiling stage.     

水雾化淬火对35CrMnSiA薄钢板的影响

设计了一套水雾化喷淬试验装置研究了立置状态下35CrMnSiA薄钢板在喷淬过程中不同位置的降温变化曲线,还使用DEFORM软件中的Inverse Heat Transfer模块对试验钢板表面的综合换热系数进行了求解。结果表明,当试验钢板在喷口尺寸为5 mm,喷口到表面距离为300 mm,喷口压力分别为0.1、0.2和0.3 MPa的条件下,在450 ℃以上的高温段和200 ℃以下的低温段,钢板的表面换热系数较低,而在中温段可获得较高的表面换热系数。相对于0.1 MPa的喷口压力,0.2 MPa的喷口压力下试验钢板的冷却能力有着明显的提高,而继续增加喷口压力至0.3 MPa,冷却能力提升却不明显。     

70Si2MnV钢球淬火过程的有限元模拟

基于传热学和相变学原理,借助ANSYS热模拟软件建立70Si2MnV轧制钢球在淬火过程中的传热过程有限元数学模型,获得钢球内部温度场随时间的变化情况,结合CCT曲线预测淬火过程的相变过程,并通过显微组织及硬度表征对模拟结果进行验证。结果表明,淬火钢球表面及距表面20 mm处冷却速度较快,能够获得全马氏体组织;距离表面40 mm处冷却速度下降,淬火过程中产生少量贝氏体组织;心部冷却速度小于临界冷速,存在珠光体及贝氏体组织,但马氏体含量仍保持在80%左右,表明试验钢具有良好的淬透性,能保证直径ø120 mm的钢球完全淬透。     

金属材料喷雾淬火过程的界面热交换分析

通过末端淬火试验,对铝合金试样喷雾淬火过程的界面热交换进行了研究。采用反热传导法求解了所有试验的界面热流密度(q)和界面传热系数(h),重点分析了喷雾压力、喷嘴直径和试样表面粗糙度对界面热交换的影响。结果表明:喷射压力对整个淬火界面换热过程均有影响,但对过渡沸腾阶段影响更大,且喷射压力越大,q及其峰值q_max越大,进入核沸腾阶段的时间越短;喷嘴直径越大,q、q_max越大,越早进入核沸腾阶段,但增大喷嘴直径对界面换热的影响存在上限;随表面粗糙度增大,q、q_max先减小后增大;在本试验条件下,上述喷射压力、喷嘴直径和表面粗糙度对界面热交换的影响规律均不受另外两个参数取值的影响。此外,由于喷射的微小液滴均匀覆盖了整个热表面,产生了剧烈的核沸腾,导致在部分试验中,q曲线在核沸腾阶段出现了二次升高现象。     

Identification of Heat Transfer Coefficients by Use Conditions of Quenching Oil

Heat transfer coefficients of the quench medium are necessary for heat-treatment simulation. Cooling characteristics of quenching oil vary with kinds and usage greatly. Users are selecting oil solutions that come up to their desired hardness and quenching distortion requirements. In particular cooling performance rises by agitation and decompression. Therefore we identified a heat transfer coefficient by usage and kinds of quenching oil. Cooling characteristics are different greatly by a kind of quenching oil. A difference of a cooling characteristic by a kind of oil depends on a temperature range of a boiling stage and the maximum heat transfer coefficient mainly. On the other hand, in a convection stage, there are few changes in a boiling stage. Even if quenching oil temperature is changed, heat transfer coefficients do not change greatly. When quenching oil stirred, heat transfer coefficients of vapor blanket stage and a convection stage rise, but there are a few changes in a boiling stage. When quenching oil is decompressed a temperature range of a high heat transfer coefficient moves to the low temperature side. In addition, a heat transfer coefficient in a vapor blanket stage comes down. For precision improvement of heat-treatment simulation, it is important that the heat transfer coefficient is calculated in conformity to the on-site use reality.     

2Cr13钢异形模锻件淬火裂纹分析及热处理工艺优化

为解决一种2Cr13钢异形模锻件淬火回火后批次性表面开裂的问题,从复查工艺过程入手,通过计算机模拟工件淬火过程中表面应力状态变化,观察开裂工件显微组织及裂纹形貌,分析工件淬火开裂原因,并通过热处理试验验证了淬火制度对工件表层组织以及力学性能的影响。结果表明,2Cr13钢异形模锻件淬火后出现表面裂纹与锻件形状、淬火加热方式以及淬火温度有关,可通过增加锻件过渡区余量、采用到温入炉以及较低的淬火加热温度的方式降低淬火开裂风险。采用1000 ℃淬火,到温入炉作为产品优化后的热处理制度。     

不同流速下AP1000主管道淬火过程温度场的有限元模拟

利用ANSYS有限元软件建立了AP1000核电主管道三维有限元网格模型,根据反传热法计算了0.3、0.5、0.7和1.0 m/s四种不同水流速下316LN不锈钢的表面换热系数,对其淬火过程的温度场进行了模拟,初步探讨了西屋公司提出的180 s冷却至427 ℃以下的可能性。结果表明:水流流速由0.3 m/s提高到1.0 m/s时,316LN不锈钢的表面换热系数仅由3013 W/(m²·℃)增加至3560 W/(m²·℃)。不同流速下,主管道表面和心部温度均随淬火时间的延长而降低。1.0 m/s流速下,主管道内、外表面温度下降非常快,淬火180 s时温度已降至200 ℃以下,600 s时已冷却至室温。而主管道管壁中心(壁厚为83 mm)及接管嘴凸台中心部位温度下降较慢,淬火180 s时温度分别在580 ℃和860 ℃左右,未能满足西屋公司提出的180 s冷却至427 ℃以下的要求,淬火530 s左右主管道各部位才能都冷到427 ℃以下。     

高压气体淬火过程中热传导方程逆问题的求解

在钢高压气体淬火过程的计算模拟中,关键问题之一是温度场和应力场边界条件的确定。本文利用显示有限差分法、非线性估计法和由热电偶测试而得到的温度－时间关系,求解热传导方程的逆问题,得出了气体淬火过程表面换热系数与温度间的非线性关系。这种方法具有收敛速度快、不受试件表面加工质量限制,而且利用了热电偶温度检测技术较为成熟稳定的特点。