SA508-3钢端淬试验的数值模拟及验证

采用数值模拟与端淬试验研究了连续冷却对SA508-3钢组织演变的影响。利用有限元软件ABAQUS的FLIM和UMATHT子程序建立了SA508-3钢端淬过程中温度场和组织场的预测模型,并用所建立模型对其端淬过程进行了模拟。最后利用端淬试验不同位置处的微观组织观察对模拟结果进行了验证,发现在端淬结束后试样中没有珠光体产生,随着离淬火端距离的增加,试样中的微观结构从马氏体(M)到贝氏体(B)和残留奥氏体不断变化,半马氏体区出现在距淬火端9 mm的位置。试验结果和预测结果吻合较好。     

40Cr双程磨削淬硬的数值模拟

基于40Cr的双程往复磨削淬硬试验,利用有限元软件Deform-2D对双程往复磨削淬硬进行数值模拟,并且对组织转变进行了二次开发.把工件看成多相组织,建立了往复磨削热流模型,利用组织转变动力学,模拟得到了工件的温度场,组织场,硬度场等变化关系仿真结果,仿真结果与实验数据较吻合.本研究为揭示磨削淬硬层的形成机理、优化磨削淬硬工艺和控制磨削淬硬层的质量提供了基础.     

高压气淬过程的数值模拟

应用有限体积法建立了数学模型,对高压气淬过程中气体的速度场、气体和工件的温度场以及工件内部的组织场进行了耦合计算,针对一组小棒料高压气淬的模拟结果,分析了气体流动、工件温度与相变各自的影响因素以及它们之间的相互影响,指出几何模型准确建立的重要性.另外通过模拟结果与实测冷却曲线的比较,该模型基本反映了高压气淬过程,其中加入相变计算能更符合实际,并且还能预测出工件的最终组织.应用本文中的相变计算模型,相变的计算结果与工件金相照片中的实测结果基本吻合.     

Cr-Ni-Mo系齿轮钢端淬过程模拟及淬透性预测

通过端淬试验测定了20Cr、20CrMo和20CrNiMo钢的淬透性曲线,分析了合金元素对淬透性的影响。利用Abaqus软件和Maynier组织预测模型,对3种成分钢的淬透性曲线进行了模拟计算。结果表明,20Cr、20CrMo和20CrNiMo 3种齿轮钢的淬透性依次降低;试验测定值与模拟计算值基本吻合,表明此种方法可以用来预测齿轮钢的淬透性曲线。     

25CrMo钢端淬试验改进与淬透性分析

为了克服常规端淬试验中25Cr Mo钢试样在空气中发生淬火现象,提出了一种改进的加套管的末端淬火试验方法。通过显微组织观察、定量金相和硬度测量,分析了25Cr Mo钢的显微组织与淬透性。结果表明,改进的端淬试验能够使热量沿轴向传递,避免了产生边角效应。端淬后的试样由水冷端向空冷端的显微组织依次为马氏体、马氏体+贝氏体、贝氏体。25Cr Mo钢淬硬层深度可达20 mm,具有良好的淬透性。     

气淬过程中换热系数的数值模拟

为了研究淬火时流体与工件的对流换热,用计算流体的数值方法(CFD)对空气喷射平板探头的淬火传热过程做了模拟计算,得到了流体与平板探头之间的随平板温度和平板表面位置变化的换热系数,与试验结果比较吻合,应用模拟计算可简单准确地了解气体淬火传热过程,为制定气淬工艺提供参考依据,应该成为气淬过程重要的研究手段。     

40Cr钢双道搭接磨削淬硬回火软化特征

对退火态40Cr钢进行双道搭接磨削淬硬试验,并结合单道磨削淬硬试验和磨削淬硬表面温度仿真,研究了搭接量对软化区硬度分布、形状特征和组织形貌的影响。结果表明,第一道磨削淬硬表面存在回火软化现象。搭接量C_r=0时,软化区近似梯形,C_r≥1 mm时,软化区近似平行四边形。随着搭接量的增加,软化区宽度相应增大;其组织也由回火屈氏体、回火索氏体、铁素体、珠光体和马氏体转变为回火屈氏体、回火索氏体和马氏体。从提高磨削淬硬面积和磨削淬硬加工效率的角度出发,宜采用C_r=1 mm的搭接量。     

利用端淬数据模拟渗碳层硬度分布

在对渗碳层碳浓度分布进行精确计算基础上，利用端淬试验数据，在计算机上可简便地实现对渗碳层硬度分布的模拟。这种方法避免了计算非稳态传热温度场、非均质相变和确定组织组成与硬度之间关系。通过对２０ 钢渗碳层硬度分布的模拟结果表明，此方法是可行的，且具有较强的实用性和可操作性。     

压铸模具钢大模块真空高压气淬冷却过程的数值模拟

以尺寸为500 mm×500 mm×500 mm的SDDVA模具钢大模块为研究对象,采用DEFORM建立模块真空气淬冷却过程的数值模型,结合试验研究了大模块在真空气淬炉中不同淬火压力条件下的冷却行为、组织演变及应力演变规律,并从理论角度预测了模块可生产的最大规格。结果表明,大模块心部在0.4、0.6和0.9 MPa压力条件下气淬,均观察到先共析碳化物沿晶析出。为了避免碳化物沿晶析出,从800℃冷却到500℃的冷速应不小于0.25℃/s。0.4 MPa压力条件下气淬过程中,模块最大心表温差最小,约为120℃;大模块心部在0.9 MPa压力条件下淬火所得马氏体含量高于0.4、0.6 MPa压力下淬火,同时,贝氏体含量也更少;模块表面和心部主要表现为热应力和组织应力。SDDVA钢模块在0.4、0.6和0.9 MPa压力条件下真空高压气淬可生产的理论最大厚度分别为280、320和380 mm。     

42CrMo钢热处理过程数值模拟研究

建立了42CrMo钢热处理过程的计算模型,并利用有限元软件进行模拟分析,获得了温度场、组织场、应力场等信息,能够直观地反映出试样在热处理过程中的温度、组织及性能的变化情况.在此基础上,分析了各场量的变化规律.     

40Cr钢的淬透性研究

在研究不同奥氏体化温度下４０Ｃｒ钢的淬透性时，发现其淬透性曲线上硬度不是单调下降，而出现了一硬化峰，该峰值硬度为３２±２ＨＲＣ，峰位距端面的距离随淬火温度提高而后移，与奥氏体化温度无关．ＴＥＭ等分析表明，峰值出现的原因是在特定的冷速条件下，铬的碳化物析出强化了珠光体以及Ｆｅ４Ｎ型有序相形成强化了铁素体而引起的．硬度峰出现的冷速为２～４℃／Ｓ。     

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。     

大模块非调质预硬型塑料模具钢的淬透性

通过成分优化设计,提高实验钢空冷及风冷时的淬透性能,并以ANSYS数值模拟计算出的厚度为500～1000 mm不等的大模块非调质生产时的冷却速度范围为验证条件,验证实验钢的空冷及风冷贝氏体淬透性。结果表明:实验用贝氏体非调质预硬型塑料模具钢达到所需的淬透性能要求,在0.01～0.1℃/s冷速范围内,即大于1000 mm厚度模块模拟冷速范围,依然获得组织均匀的贝氏体,且硬度范围在393～434 HV之间,满足硬度波动在±2 HRC以内的硬度均匀性条件,可应用于厚度在800～1000 mm大模块预硬型塑料模具钢的非调质试生产中。     

电渣熔铸钢锭应力场的模拟研究

针对电渣熔铸钢锭各部位温差大、易产生热应力及测量困难的特点，采用大型有限元分析软件ANSYS对电渣熔铸过程中钢锭温度场和应力场进行了模拟研究，模拟结果与实际相吻合，并以此研究了钢锭的温度场及应力场分布，为电渣熔铸的实际生产提供了科学依据。     

40Cr钢连续冷却相变的数值模拟

淬火冷却过程中的相变对瞬态温度场和应力有较大影响。本文以40Cr钢为研究对象,用多项式拟合了等温转变图,采用孕期叠加法确定冷却过程相变的开始时间,给出了连续冷却相变动力学的数学模拟计算式,计算了淬火过程中的相组织的百分比。     

铸件铸造过程应力场数值模拟

介绍了铸件铸造过程应力场数值模拟采用的基本方法及其基础研究现状，并指出了今后应力场数值模拟研究的重点与发展方向。     

中空钢控冷温度场的数值模拟

考虑中空钢冷却环境和钢的相变热力学影响,建立中空钢控冷过程中的温度场预测数学模型,采用数值法求解其模型,实现对中空钢控冷温度场的数值模拟。以42CrMo钢为例,对空冷和风冷方式下有无相变潜热的两种情况进行模拟计算,与实验结果对比分析,结果表明本文采用的温度场数值模拟方法是行之有效的,并为进一步预测材料的组织和性能奠定了基础。     

中空钢控冷温度场的数值模拟

考虑中空钢冷却环境和钢的相变热力学影响，建立中空钢控冷过程中的温度场预测数学模型。采用数值法求解其模型，实现对中空钢控冷温度场的数值模拟。以42CrMo钢为例，对空冷和风冷方式下有无相变潜热的两种情况进行模拟计算，与实验结果对比分析，结果表明本文采用的温度场数值模拟方法是行之有效的．并为进一步预测材料的组织和性能奠定了基础。     

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。     

热处理过程数值模拟综述

总结了热处理过程数值模拟的研究方法和成果，对模拟基本原理进行了扼要介绍，涉及温度场、组织场、应力场的计算。介绍了国内外发展概况和应用情况，并指出难点问题和发展方向。