淬火过程有限元模拟技术的研究现状及其关键技术

淬火是一个温度、应力、相变相互影响的高度非线性问题．根据淬火过程的特点，结合有限元技术，介绍了用于淬火过程模拟的温度场求解技术、组织转变量的计算方法、应力应变场的计算方法及相变塑性等，给出了淬火过程中弹塑性系数的计算方法，并指出了未来淬火模拟的几个重点研究方向。     

26Cr2Ni4MoV钢淬火过程的三场耦合数值模拟

为定量分析大型锻件淬火加工过程中工艺参数的影响，应用非线性有限元，建立了淬火过程数值模拟的三场耦合模型，模型考虑了温度场、应力场、组织场及其耦合关系；热膨胀、塑性功生热、变温相变、相变潜热、应力诱导相变和相变膨胀及相变塑性等的效应，模拟了由锻件金属材料26Cr2Ni4MoV制成的空心圆筒工件在不同尺寸和工艺下的淬火过程，计算得到的冷却曲线及残余应力分布与实验结果一致，数值实验表明只有考虑应力诱导相变和相变塑性的作用，才能得到合理准确的结果。     

基于三场耦合的轮毂轴承淬火残余应力场建模

汽车轮毂轴承淬火冷却过程, 轴承套圈内部温度、组织和应力在短时间内发生了剧烈变化, 对 于变化过程中温度、组织、应力的定量分析, 可借助有限元软件ABAQUS 进行.采用顺序耦合热应 力法, 先进行非线性热传导分析, 求出淬火过程各阶段的瞬态温度场、组织场.然后根据求得的瞬态 温度场, 进行淬火过程的热力耦合分析, 求解淬火冷却后的应力场分布.在分析过程中, 充分考虑了 相变潜热对温度场和相变场的影响.为了验证模拟结果, 采用X 射线应力测定仪测量了轴承外表 面特殊点的残余奥氏体含量和残余应力值, 把模拟值和试验结果进行比较, 发现模拟值和测量结果 比较吻合.     

预硬塑胶模具钢端部淬火工艺有限元模拟

介绍了对淬火工艺组织场进行计算的数学模型 ,用Scheil叠加方法解决了TTT曲线中孕育率、虚拟时间、扩散型相变量的计算 ,利用杠杆定律及铁碳相图解决了P2 0钢的先共析铁素体的计算 .编写了淬火工艺温度场、组织场模拟软件 ,利用模拟软件对P2 0塑胶模具钢的端部淬火试验进行了模拟 ,根据模拟结果分析了相变潜热对试样不同部分的冷却曲线及组织转变量的影响     

9Cr18Mo钢圆柱试件淬火过程的数值模拟

采用有限元分析方法,利用ANSYS软件模拟9Cr18Mo钢圆柱形试样淬火冷却过程,得到淬火冷却曲线、残余应力随淬火时间变化曲线、残余应力沿圆柱体轴向分布曲线和试样最终轴向伸长量.分析结果表明,在热应力和组织应力的共同作用下淬火过程中试样应力状态变化复杂,最终的应力状态以组织应力为主.试样表面残余应力和试样轴向伸长的计算结果与测量结果符合的很好.     

预硬塑胶模具钢端部淬火工艺有限元模拟

介绍了对淬火工艺组织场进行计算的数学模型，用Scheil叠加方法解决了TTT曲线中孕育旱、虚拟时间、扩散型相变量的计算，利用杠杆定律及铁碳相图解决了P20钢的先共析铁素体的计算，编写了淬火工艺温度场、组织场模拟软件，利用模拟软件对P20塑胶模具钢的端部淬火试验进行了模拟，根据模拟结果分析了相变潜热对试样不同部分的冷却曲线及组织转变量的影响。     

U71Mn钢重轨轨头淬火应力场的计算机模拟

采用有限元法研究了重轨轨头在淬火过程中的应力场分布。在模拟计算过程中利用等效热容法处理相变潜热对温度场的影响,利用等效线膨胀系数法处理相变引起的组织应力,并考虑了材料非线性参数对温度场的影响。结果表明,温度模拟结果与实测结果相吻合,同时喷风淬火能产生较小的残余热应力,从而避免了钢轨的变形和开裂。     

利用不同焊接热源模型对结构件进行焊接模拟

基于ANSYS,分别使用高斯热源模型和分段热源模型对金属结构件的焊接过程进行了有限元模拟,使用单元生死技术模拟焊接材料的生成,并考虑了相变潜热对温度场的影响.本文先计算温度场,然后把温度场作为载荷来计算结构场,得到残余变形和应力的分布,从而实现焊接过程的温度场、残余应力和残余变形的三维动态模拟.结果表明:利用分段热源模型能够在保证计算精度的前提下,大大提高计算效率,明显缩短计算时间.     

7A04铝合金锥形壳体三维淬火残余应力场的建模

为了建立7A04铝合金锥形壳体三维淬火残余应力场的预测模型,采用ABAQUS 6.5有限元软件模拟了7A04铝合金锥形壳体的淬火过程.首先,基于随温度变化的材料物性参数以及材料表面与淬火介质的换热系数,进行了淬火过程的非线性热传导分析;其次,根据已求得的瞬态温度场,进行淬火过程的热力耦合分析;最后,采用X射线应力方法测定了锥形壳体表面若干点的残余应力,其测定结果与模拟数值比较吻合.笔者的研究对于分析锥形壳体内部残余应力对尺寸不稳定性的影响具有重要意义.     

超高强钢热冲压硬化机理

以22MnB5钢为研究对象,分析了超高强钢热冲压成形过程中相变硬化机理。根据热模拟试验结果建立了加热过程奥氏体晶粒尺寸计算模型和变形抗力模型。采用有限元法对材料热冲压同时淬火冷却过程的温度场进行了分析,采用相变动力学模型分析了热成形过程中发生的相变,以及显微组织和力学性能之间的关系。结果表明:形成均匀细小板条马氏体组织的最佳工艺为900～950℃加热5min,超过30℃/s快速淬火并保压8s左右。     

淬火过程数值模拟技术研究

淬火过程是温度场、组织场和应力场相互作用的复杂过程,介绍了淬火过程数值模拟的进展、内容、方法,展望了淬火过程数值模拟的发展趋势.     

淬火过程中工件温度场和应力场的数值模拟

本文综述了淬火过程中工件温度场、相变过程及应力场和残余应力场的数值模拟研究。     

一种新型材料淬火过程的数值模拟和实验研究

一种新型摩托车制动盘专用材料B410DB的淬火工艺目前仍采用人工经验和小批量试制的方法,针对这一现状,对该新型材料的淬火过程进行了数值模拟、温度实验和温度场、组织场的分析.运用材料性能模拟软件JMatPro得到了B410DB的机械、热物理性能及其等温转变曲线(TTT)、连续冷却转变曲线(CCT),在此基础上,利用热处理专业软件DEFORM,建立了能够反应制动盘实际淬火过程的数值模型.利用该数值模型模拟了某型号制动盘的温度场和组织场的变化过程.仿真和实验结果对比表明：该模型准确可行,温度变化和组织状态与实验吻合度高,为优化制动盘淬火过程提供了依据,该方法也可用于其他材料和型号的制动盘淬火过程,具有一定的通用性.     

内曲线液压马达导轨热处理质量分析与工艺控制

阐述了影响导轨热处理质量的原因，包括原材料化学成份、原始组织，马氏体相变塑性，残余奥氏体，轴承钢淬火“逆硬化”以及淬火、回火工艺操作等，并结合生产实践，制定出合适的热处理工艺，使导轨热处理质量能得到有效控制。     

原始组织对25MnV钢“零保温”淬火后组织性能的影响

采用正交组合回归设计试验方法,分别以淬火和热轧为预处理工艺,研究了不同原始组织条件下25MnV钢“零保温”淬火后的强度和硬度,并进行了组织分析.试验表明,经2次淬火,该钢得到极细的板条状马氏体组织,具有很高的强硬性,其性能优于热轧态“零保温”淬火.在较低温度“零保温”淬火时,原始组织对25MnV钢的强硬性影响显著,随淬火温度升高,其影响逐步减弱.通过低温“零保温”奥氏体逆相变淬火,可显著提高该钢的力学性能.     

Leidenfrost模型的修正及工件淬火时的热传导问题

对传统的沸腾换热曲线和Leidenfrost理想过渡模型按照淬火实际进行了修正;考虑了过冷对沸腾换热及Leidenfrost过渡的影响。在此基础上给出了以水为淬火介质时边界条件的数学模型,将碳钢淬火时发生的马氏体相变视作有一个内热源作用在金属物体内部,给出了包含相变条件的热传导控制方程,所涉及的物性系数均为温度的非线性函数,对45钢零件进行了瞬态温度场的计算,得出了一些结论。     

Analysis of Quenching Stresses in 35CrMo Axle

By using the finite element method(FEM), we comprehensively analyzed the fields of temperature, organization, and stress in 35CrMo train axles during the quenching process is conducted, and experimentally studied the formation and evolution of inner stresses in axles during the quenching process. The results show that in the quenching process, stresses on the axle surface change from tensile to compressive gradually, while stresses in the axle core change from compressive to tensile gradually. Heat stresses and the amount of martensitic transformation are all increased with the increase of cooling rate. As a result, the maximum instantaneous stresses in the axle are increased greatly when the cooling rate is increased with brine quenching. Large instantaneous tensile stress in the axle core with brine quenching is very likely to cause quench cracking and should be avoided.     

含一级相变热弹塑性材料的热传导方程及应用

由金属物理学的基本概念出发融合非线性连续介质力学中内变量方法,给出含一级相变热弹塑性材料的热传导方程及在金属凝固、淬火温度场分析中的应用实例。