45钢坯锻前双感应炉加热有限元模拟

感应加热时,工件在线圈中的填充情况和温度变化会对线圈磁场产生影响.线圈端部的磁力线逸散,使工件在未进入线圈时加热已经开始,因此,在感应加热模拟的时候,考虑工件运动和磁力线逸散是十分必要的.本文在考虑工件与线圈相对运动和线圈端部磁力线逸散的情况下,对45钢坯锻前双感应炉加热做了有限元模拟分析.得到了钢坯的心表温度分布曲线,并对感应加热的温升过程特点与影响因素进行了分析.     

马氏体耐热钢大型管坯加热工艺模拟

为优化马氏体耐热钢G115大型管坯的加热制度,通过有限元模拟,分析了加热工艺对钢锭温度场分布的影响。结果表明,升温过程中钢锭端部截面边缘处与管坯长度1/2截面中心处温差较大,最大约为93 ℃,钢锭加热温度越高,各部位温差越小;钢锭端部截面边缘处温度最高且升温速率最快,管坯长度1/2截面中心处温度最低且升温速率最慢。通过本文研究,推荐G115钢大型管坯的加热制度为炉温由300 ℃升高到500 ℃保温4 h,再升温到850 ℃保温4 h,升温到1000 ℃保温4 h后升温到1230 ℃保温20 h,可为其它工序的加热过程提供参考。     

汽车轮毂轴承内圈感应回火温度均匀性的数值模拟

采用电磁场与温度场耦合计算仿真模型，研究感应加热工艺参数对异形截面汽车轮毂轴承内圈回火温度场的影响规律，并采用响应曲面法分析感应回火工艺参数的交互影响作用。结果表明，随着感应线圈的频率和电流密度降低，轴承内圈心部与表层温度差缩小，整体升温速率降低；依据对温度差和升温速率的影响显著性程度从大到小对感应加热工艺参数排序依次是：电流密度、频率与空气间隙；基于响应曲面法得到的温度均匀性较优的感应回火工艺参数：频率10 kHz,电流密度19.6×10⁶ A/m²,外侧感应线圈与零件之间的空气间隙8.5 mm,并通过试验验证了温度场数值模拟的有效性；基于回火参数相当的等温回火与感应回火试验，发现两种工艺获得的硬度相近。     

30CrMnSiNi2A钢螺纹零件局部感应回火工艺

对30CrMnSiNi2A钢螺纹试验件进行了局部感应回火工艺研究，对比研究了不同预处理(等温淬火+低温回火和真空油淬+低温回火)和不同感应回火工艺(单段式加热、两段式加热、两段式加热+移动补温)对工件回火后硬度分布的影响。结果表明，等温淬火+低温回火和真空油淬+低温回火后试验件的硬度和显微组织差别不大。由于集肤效应和端部效应，单段式感应加热会使试验件内部产生较大的径向和轴向硬度梯度，而两段式加热法可通过增设一段均温时间以消除集肤效应所造成的径向硬度梯度，通过感应器移动补温可消除端部效应所导致的轴向硬度梯度。两段式加热+移动补温的感应回火工艺可使试验件螺纹端头的硬度达到要求，并获得均匀的硬度分布。     

感应加热工艺参数对30CrMnSiNi2A钢轴件温度分布的影响

在考虑电磁-温度场相互耦合以及固态相变的基础上,利用ANSYS软件对30Cr Mn Si Ni2A钢轴件感应加热过程进行模拟分析,并通过实际温度测量进行验证,实际测量和模拟分析的结果能够很好吻合。探讨了轴件感应加热过程温度分布的一般性规律,并研究了感应加热工艺参数电流密度Js、电流频率f和线圈厚度b对轴件温度分布的影响,为后续30Cr Mn Si Ni2A钢轴类工件局部回火的感应加热工艺参数的选择以及感应线圈的设计提供参考。     

筒体内壁堆焊焊后消氢感应加热温度场的数值模拟

采用有限元方法对堆芯补水箱筒体内壁堆焊焊后消氢感应加热温度场进行了数值分析。针对筒体的结构特点,设计了一种加宽的C型感应线圈。研究了感应线圈的匝数、线圈与筒体的距离、线圈电流、电流频率对筒体温度分布的影响。结果表明,感应线圈的形状决定了筒体温度场分布的形态,线圈中心对应筒体的温度比四周的温度高。线圈匝数、线圈电流和电流频率越大,筒体升温速度越快,温度分布越均匀。当线圈电流为215 A、电流频率为10 kHz、线圈匝数为15匝、线圈与筒体之间的距离为25 mm时,筒体加热时的温度分布均匀性较好,能够满足焊后消氢的工艺要求。筒体感应加热试验的结果表明,模拟温度与试验温度变化趋势相同,温度值较为吻合。     

基于感应加热的镁合金带内筋筒形件热强旋旋前温度场研究

对于镁合金带内筋筒形件的热强旋成形,旋前管坯的温度场分布对成形过程中的材料流动及旋压件的成形质量具有重要影响。基于多物理场耦合软件COMSOL,建立了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋旋前管坯电磁感应加热模型,模拟分析了不同感应加热参数条件下管坯温度场的分布情况,并通过实验验证了模型的可靠性。研究结果表明:相比电流强度,电流频率对管坯表心温差的影响更为显著,随着电流频率及电流强度的增加,管坯表心温差均逐渐增大;感应线圈的匝数及线圈与管坯的间距对管坯表心温差的影响较大,随着线圈匝数的增大,管坯表心温差近似呈指数形式增加,线圈与管坯的间距越大,管坯表心温差越小。     

方坯轧制在线感应加热数值模拟与设计优化

针对方坯感应加热轧制过程容易发生边角升温不均匀的问题,建立了轧件移动式感应加热工况的电磁-传热耦合模型,并进行了有限元数值模拟分析。基于感应加热轧制工业运行数据,验证了模型的合理性,并对感应线圈设计进行了结构优化改进。结果表明,改进设计的感应线圈在钢坯边角部位的磁通密度分布得以明显地改善,工件边角部位的温差得以显著地降低,这有利于解决合金钢方坯轧制过程中常见的边角开裂问题。     

TC4钛合金感应加热钎焊有限元分析

利用ANSYS有限元模拟软件,建立了TC4钛合金感应加热钎焊数值分析模型.建模时,充分考虑了感应电流的集肤效应及磁场的边缘效应.计算中,考虑了材料的非线性,运用了APDL参数化设计语言,利用多步嵌套循环实现磁-热耦合,最终得到了相应的电磁场、温度场分布情况.从模拟结果可知,磁力线随焊件与感应线圈间距增大变稀疏:焊件最高温度出现在焊件侧表面附近,最低温度出现在焊件上表面;焊件侧表面升温速率(加热速度)逐渐减小,焊件上表面升温速率先增加后减小,最终焊件各处升温速率将趋于相等.上述模拟结果将对TC4钛合金感应加热钎焊试验过程提供可靠理论依据.     

45钢坯锻前感应加热的有限元模拟分析

对45钢坯锻前感应加热的过程进行了模拟分析,在模拟过程中考虑到了端部磁力线的逸散和工件的运动,得到了工件温度随时间的变化曲线;并分析了感应加热整个温升过程的特点与影响因素。结果表明有限元模拟结果和实际工程应用基本一致。     

无模拉拔感应加热比功率分布函数的理论计算及应用

建立无模拉拔多匝感应线圈加热的比功率分布函数解析模型;提出一种采用图形拟合并结合遗传反求算法确定加热比功率分布函数中待定函数的方法,以镍钛合金无模拉拔为例,确定了一定感应加热条件下,工件的感应加热比功率与感应加热电流、轴向相对位置和工件半径之间的关系;利用所建立的感应加热比功率分布函数,作为镍钛合金无模拉拔成形有限元模拟的热边界条件,计算获得了工件表面温度场,且计算结果与实验结果吻合较好,最大相对误差为7.4%。     

Finite-element simulation of induction heat treatment

An efficient finite-element procedure has been developed for the analysis of induction heat treatment problems involving nonisothermal phase changes. The finite-element procedure first simulates the magnetic field developed when currents flow through an induction coil by solving Maxwell’s electromagnetic field equations; at the following step, it calculates the temperature distribution in the workpiece due to eddy currents induced by the magnetic field. The final stage of the simulation involves the determination of the distributions of residual stress, hardness, and microstructure in the workpiece. The finite-element analysis includes temperature-dependent material properties, changes in permeability of the workpiece at the Curie temperature, a mixed hardening rule to describe the material constitutive model, and the incorporation of time-temperature-transformation (TTT) diagram. The procedure was applied to the simulation of the induction hardening of 1080 steel bar. Firstly, the magnetic field and temperatures developed in the workpiece during (a) the induction heating of an infinitely long 1080 steel cylinder by a single encircling coil and (b) the induction heating of a semi-infinite half-space by a single coil suspended above it were calculated using the finite-element procedures. These were validated by comparing them with analytical solutions derived for these configurations using a Green’s function method. Finally, to demonstrate the predictive capability and practical applicability of the current finite-element procedure, two examples pertaining to the induction heat treatment of an infinite 1080 steel bar of square cross section and a notched finite 1080 steel cylinder of circular cross section were analyzed to predict the magnetic field, temperature, and residual stress distributions. The current finite-element procedure could be used as a powerful design tool for linking induction heat treating parameters with the mechanical property attributes of the heat treated component.     

管件电磁成形电磁力分布特性分析

本文基于安培力定理建立了管件电磁成形时径向和轴向电磁力的计算公式 ,直观描述了线圈 -工件系统几何参数与电磁力幅值的对应关系 ,阐述了轴向电磁力对提高材料成形性能的作用 ,用数值方法分析了径向和轴向电磁力的分布特性。分析表明 ,细管较粗管成形困难 ,轴向电磁力在管端最大 ,忽略轴向电磁力会导致终态变形分析值小于实际值。     

焊接电源中横向磁通感应线圈的研究与设计

对高频感应加热电源中的线圈进行了研究与设计.电源加热采用横向磁通感应式,它能有效克服线圈对工件大小、形状等的束缚,尤其适合无磁性材料的加热处理.首先分析了纵向磁通与横向磁通感应加热的区别,在对横向磁通涡流场及温度场分析的基础上,建立了横向磁通感应加热的数学模型.根据实际要求,设计出满足铜排焊接要求的线圈结构,通过试验验证了设计的横向磁通感应线圈在铜排焊接电源应用中的可行性与合理性,从而进一步改进了传统的铜排焊接工艺.     

大棒材在线淬火-感应回火过程数值模拟

大棒材在线淬火-感应回火是棒材生产中的先进工艺。本文根据产量120 t/h的需要,利用有限元软件MSC.Marc对不同规格(50 mm以上)的42CrMo棒材在线淬火-感应回火过程的温度场进行了模拟。通过对比回火温度均匀性,确定了感应线圈的布置形式;根据回火温度,确定了感应加热棒材的行进速度,进而获取了回火工艺关键参数。同时,计算了不同规格42CrMo棒材在线淬火-感应回火的均匀化温度、均匀化时间及单条生产线产量,为大棒材在线淬火-回火线的建设提供了参考。     

线圈-薄板体系中线圈参数对电磁力的影响

基于电磁力随焊控制焊接应力应变新思想,采用ANSYS软件模拟了平面螺旋线圈一薄板体系的电磁力,分析了线圈几何参数对电磁力的影响。结果表明,电磁力主要作用于线圈在板坯的投影处。随线圈外径的减小,电磁力峰值增大,轴向力峰值位置呈线性内移。随线圈内径的增加,径向电磁力峰值增大,轴向力峰值先增大后减小,轴向力峰值位置先不变后外移。径向力换向位置随内外径的变化规律与轴向力峰值位置相似。随着导线宽度的增加,电磁力增大。在电磁力随焊控制焊接应力应变时,应该选择具有较小外径和合适内径的线圈,并需要引入磁介质,以增大电磁力。     

新型马氏体耐热钢G115大型铸件热处理过程有限元分析

为了优化G115钢大型铸件正火及回火热处理制度,通过有限元方法,分析了正火和回火热处理工艺对铸件温度场分布的影响。结果表明,在正火过程中,铸件下端边缘处温度最高且升温速率最快,距上端约1/4处内表面温度最低,且升温速率最慢。在回火过程中,铸件的温度变化规律与正火过程相似。铸件下端边缘处在目标温度下的保温时间最长,上端约1/4截面厚度中心处的保温时间最短。结合加热速率、温差、加热效率及生产成本,正火优选工艺②,回火优选工艺③。采用优化后的热处理工艺所生产G115钢铸件的显微组织及力学性能均匀且明显高于CB2钢。     

20CrMo抽油杆串联感应加热调质后的组织与性能

研究了２０ＣｒＭｏ钢Ｄ级重载抽油杆串联感应加热快速调质过程中淬，回火感应器参数的确定及加热功率，温度，进给速度对能耗和调质后组织与性能的影响规律；分析了快速调质工艺的高温回火机制。结果表明：串联感应加热快速调质能明显提高抽油杆的强韧性和拉伸疲劳力，显著地提高生产效率大量节约能源。     

电磁约束成形用冷坩埚内磁场分布规律

用测量的方法获得磁场分布规律，结果表明，磁场在感应线圈内较大，向两端衰减；轴向磁场随功率的增加而增大，随半径的减小而减小，从开缝处向瓣内减小，不过减小不明显；径向磁场随半径减小急剧减小，随线圈匝数增加而减小。轴向磁场大于径向磁场，对电磁约束成形起主要作用的是轴向磁场。