基于三维热力耦合模型研究不等厚型材在淬火过程中的非均匀冷却行为（英文）

采用反向热传导算法并结合一维末端水淬试验求解热型材与冷却水的界面换热系数。以确定的换热系数作为热边界条件,基于Deform-3D仿真平台建立不等厚壁挤压铝型材在线水淬过程的三维热力耦合模型。系统研究型材水淬过程中的温度场、残余应力场和截面畸变。研究结果表明:随着冷却水流量的增加,界面换热系数增大;高冷却水流量的峰值换热系数出现在低的界面温度;型材淬火过程中横截面上的温度分布严重不均匀,淬火时间为3.49 s时最大温差为300°C;通过型材横截面不同壁厚部位的温差先急剧增大到峰值,然后逐渐减小;随型材各部位壁厚的增加,温度梯度明显增大;淬火完成后在型材接头内侧和壁厚为10 mm部位的两端存在较大的残余应力;非均匀冷却条件下,型材淬火过程中横截面呈现扭曲型畸变,最大扭曲角为2.78°。     

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。     

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.     

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.     

工艺参数对铝合金强风冷过程界面换热效率的影响

通过一系列风冷淬火试验,研究了气体高速冲击金属热表面的换热过程,采用反传热法对界面热流密度 (q) 和界面传热系数 (h)进行了求解,探究了试样的表面粗糙度和淬火初始温度、试样表面的冷却介质流量密度对换热过程的影响。结果表明:试样淬火初始温度对风冷淬火界面换热有显著影响,当其从470 ℃增大到520 ℃时,q 和h的最大值增大约50%,淬火表面温度下降到200 ℃的平均冷却速率增大约43%。随试样表面介质流量密度增大,界面热交换呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个与最高界面换热效率对应的临界试样表面介质流量密度,且喷射角度越接近90°,该临界值越小。随试样表面粗糙度增大,界面换热不断减小,这可能归因于越粗糙的表面对边界层内流体的钉扎作用越明显,越不利于提高界面换热效率。此外,在250~380 ℃区间,界面换热系数随表面温度变化曲线普遍存在一个凹陷区域,这可能与铝合金淬火冷却过程中二次相的析出有关。     

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.     

薄铝板淬火换热系数求解

针对薄铝板淬火过程，本文采用不同函数形式描述淬火换热系数，并借助ABAQUS有限元软件进行温度场和位移场模拟，得到换热系数和位移场的关系。基于试验所得翘曲位移反求换热系数，并对所选取的函数形式进行了优选。     

比较厚板淬火换热系数反求的两种方法

在厚板淬火过程的数值模拟中,换热系数的正确求解是保证其温度场及应力场模拟结果与实际结果一致的前提。在实测冷却曲线的基础上建立了换热系数求解的两种数学模型,计算了换热系数随淬火时间关系曲线。基于ABAQUS模拟软件分析了两种模型在某特定区域温度场的实测与模拟误差。结果表明,换热系数随时间呈非均匀分布,在20～40 s之间出现换热系数峰值;一点法求解的换热系数优于两点法;两种方法计算的表面温度均出现温度回升现象,但一点法求解的表面温度回升较两点法的平缓。     

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。     

淬火工件内温度场的计算机模拟

根据实测的淬火介质冷却速度曲线推导了淬火冷却过程换热系数h值的数学表达式,研究了圆柱体工件内淬火过程中瞬变温度场的数学模型及其数值解.利用计算机计算淬火过程中工件内瞬变温度场,在实际生产中取得了满意的结果.     

4130X钢大直径厚壁压力气瓶喷水淬火数值模拟

对4130X钢大直径厚壁压力气瓶采用内外表面喷水淬火冷却工艺方案,并借助计算流体力学软件Fluent,对气瓶在喷水淬火冷却过程中内腔流场和瓶身温度场进行耦合计算;通过设计正交试验,分析了喷孔直径、轴向间距、周向排布和入口流速4个影响因素对气瓶内壁淬火冷却均匀性和气瓶内腔压强分布的影响,给出了这4个影响因素对正交试验指标影响的主次顺序,并确定了这4个影响因素的优组合;依据这四个影响因素的优组合,建立了气瓶的数值模拟计算模型,分析了气瓶在喷水淬火冷却过程中内表面换热特性、内腔气雾流动特性和内腔压强分布特性。该淬火工艺方案能保证气瓶淬透,并改善淬火质量,研究结果能够用来指导4130X钢大直径厚壁压力气瓶的淬火工艺制定。     

薄铝板淬火换热系数求解

针对薄铝板淬火过程,本文采用不同函数形式描述淬火换热系数,并借助ABAQUS有限元软件进行温度场和位移场模拟,得到换热系数和位移场的关系。基于试验所得翘曲位移反求换热系数,并对所选取的函数形式进行了优选。     

高温钢板连续喷水冷却换热系数的研究

采用有限差分法建立了高温钢板连续喷水冷却过程中一维非稳态传热条件下冷却水换热系数的计算模型,将试验测量到的数据应用该模型计算出了试验过程中冷却水与高温钢板间的换热系数[h。]分析结果表明：在流量一定的情况下,压力对换热系数的影响较明显,而在压力一定的情况下,流量对换热系数的影响较小,冷却水的换热系数随喷水密度的增加而增大,随钢板表面的温降呈先增加后减小的趋势。总结出了钢板表面温度为400～1 000 ℃,喷水密度为90～180 L/(m2·min)的条件下,喷水冷却换热系数[h]的经验计算公式。     

直齿圆柱齿轮雾化气体淬火过程的传热模拟及实验研究

基于传热学理论,利用MATLAB软件对齿轮雾化气体淬火过程表面综合换热系数进行了计算。利用ANSYS有限元软件建立了直齿圆柱齿轮模型并加载了边界条件,对齿轮雾化气体淬火过程的瞬态温度场进行模拟,得到了不同时刻的温度分布和节点温度变化曲线。对模拟结果和实验结果做了对比,温度场的模拟和实验结果吻合良好,表明所采用的数值计算方法是正确可行的。     

7050铝合金单/双级淬火试验研究

基于末端淬火装置研究了7050 铝合金单/双级淬火过程中的喷水压力和流量密度对试样冷却规律、微观组织与残余应力的影响。结果表明,喷水压力和流量密度增大均能够加快冷却速率,冷却速率明显影响试样内部的再结晶与第二相析出;淬火试样表层残余压应力和心部残余拉应力在喷水压力和流量密度的增大到一定程度时存在残余应力的极小值,当流量密度为130 L•m^-2•s^-1,喷水压力为200 kPa时,冷却速度与残余应力的耦合控制最佳;双级淬火延长了试样在换热系数最大温度范围内的持续时间,提高了试样的冷却速度,冷却效果优于单级淬火工艺。     

基于Ansys的直齿圆柱齿轮淬火有限元模拟

建立了直齿圆柱齿轮淬火过程的数学模型,采用Ansys软件对其淬火温度场进行了数值模拟,分析了不同初始水温齿轮淬火过程的温度场、应力场。结果表明:在淬火过程中,圆柱齿轮齿心温度最高,齿顶温度最低,齿顶与齿心存在较大温差,冷却层深入轮齿内部,应力集中在齿根部位。结果能为研究齿轮热处理规律提供有益帮助。     

界面条件剧变的淬火过程三维温度场的计算机模拟

用有限单元法建立界面条件剧变的淬火过程三维瞬态温度场的计算机计算数学模型，并用Ｔ１０钢作为试验材料进行冷却曲线测试以验证数学模型。该模型较全面地考虑了淬火过程中界面换热系数剧烈变化及各种物性参数随温度而变化的非线性问题，包括了相变的计算及相变潜热与温度场变化的耦合计算。冷却曲线的计算结果与实测结果吻合较好，表明本数学模型和计算程序能正确预测复杂形状物体的非线性三维瞬态温度场变化。     

筒节淬火界面换热系数求解方法对比

以压力容器筒节为研究对象，基于中空圆柱热传导差分方程，采用温差直接法和温度迭代法，建立换热系数求解的数学模型。根据筒节的实测冷却曲线，通过非线性温度迭代法和温差直接法求解界面换热系数随淬火时间变化曲线，模拟筒节试件淬火过程温度场，对比试验值与两种方法模拟值的误差，验证温差直接法的可靠性，并比较温度迭代法与温差直接法的差异。结果表明，两种方法的温度模拟结果误差都在18%以内且差距不大，但温差直接法的准确性优于温度迭代法。     

中厚板辊式淬火机淬火过程的冷却机理

针对中厚板辊式淬火机淬火工艺过程,在分析淬火喷水系统射流流场结构及换热特性的基础上,阐明其淬火过程的热交换机理主要为射流冲击换热.并结合实际工况参数,通过模拟分析不同淬火冷却条件对中厚钢板温度场及应力场的影响规律,指出高压淬火区的高强度冷却是板材内部应力产生的主要因素.研究表明辊式淬火机淬火过程的冷却机理在于:在淬火钢板800一500℃的温度区间,采用高压淬火区高强度冷却,有利于钢板获得大于临界淬火速度的高冷却速率,以避免发生其它类型的组织转变;在500℃以下的温度区间,采用低压淬火区慢冷,有利于减小钢板的热应力和马氏体转变过程中产生的组织应力,从而降低钢板在马氏体转变过程中的综合内应力,减小钢板变形倾向.     

6061铝合金在线淬火温度场和应力场模拟(英文)

通过淬火实验获得6061铝合金的冷却曲线,实验根据冷却曲线并结合数值方法获得在线淬火换热系数,运用ABAQUS有限元软件动态模拟复杂截面型材在线淬火过程。结果表明:在淬火过程中,换热系数不断变化;型材不同部位冷却速度不同,并通过淬火实验加以验证。通过ABAQUS有限元软件可以预测型材的最大残余应力;通过关键点的分析得出型材温度与应力的关系曲线。