淬火过程数值模拟技术的研究进展

淬火是使工件获得预期的组织和性能的一种重要热处理工艺。由于淬火试验存在高温作业、在线测量困难、成本高等问题,淬火过程的数值模拟成为目前淬火技术研究的重要手段。综述了淬火过程数值模拟技术的发展历程,分阶段地介绍了淬火过程中工件、冷却介质、工件和冷却介质耦合的数值模拟技术的研究现状,提出了今后一段时间内淬火过程数值模拟技术的发展方向。     

718钢模块内部缺陷产生原因

采用718钢锭加工制造模块时,发现探伤不符合GB/T 6402-2008标准Ⅲ级要求。采用化学成分分析、低倍检验、金相检验和断口分析等方法对缺陷产生的原因进行了分析。结果表明:该模块探伤不合格是内部白点缺陷造成的。尽管718钢锭中氢元素的含量较低,但模块加工制造后快速冷却且未进行去氢退火处理,导致模块内部产生白点缺陷。通过改善母材质量、增加缓冷及去氢退火工序可预防白点缺陷的产生。     

铲刃板压力淬火过程的数值模拟与变形分析

利用弹塑性有限元法数值模拟的基本原理,研究了铲刃板在冷却过程中的数值模拟与变形。以对流换热边界条件为基础,对不同冷却模式下铲刃板进行三维建模,对冷却过程中的温度和变形量进行数值模拟,对得到的温度时间曲线和各方向上的变形量进行对比分析。结果表明在相同冷却条件下,脉冲式压力淬火可以有效控制工件各个方向上的变形,在厚度方向上的变形控制最为显著。此分析结果为该类工件的压力淬火工艺制定及淬火冷却设备的设计提供了理论基础。     

40Cr钢转向节轴的锻件余热淬火

锻件余热淬火大大缩短了锻件的生产周期,降低了能源消耗,提高了生产效率和产品质量,改善了工人的劳动环境,本文作者通过大量生产实验,确定了40Cr钢转向节轴的锻件余热的淬火工艺及淬火介质,生产实践证明,这项技术具有广泛的推广价值。     

数值模拟在超级钢焊接中的应用

本文综述了超级钢焊接温度场的数值模拟方法及研究现状,以及超级钢焊接热影响区微观组织的预测方法及研究现状,论述了超级钢的强化机制及细晶原理。超级钢作为一种性能好、成本低的新型材料,有着广阔的应用前景,但其焊接工艺尚不完善。数值模拟方法能够准确的模拟超级钢焊接温度场,预测超级钢焊接热影响区微观组织,这对了解超级钢焊接机理有很大帮助,并为优化焊接工艺提供指导和依据。     

塑料模具钢大模块生产工艺分析

针对国内塑料模具钢大模块探伤合格率不高的问题,分析了国内外的制造工艺,指出了目前浇注、锻造、热处理过程中可能出现的问题.结果表明: 真空上注法可以改善铸锭心部组织的致密性,通过辅助手段可以提高上注法的表面质量;锻造加热温度的高低应视锭坯的内部质量和锻造设备吨位而定,保证钢锭心部变形有利于钢锭心部缺陷愈合,锻后快冷会增加...     

钢铁淬火过程模拟的研究进展

从采用的软件(如ANSYS、Msc Marc等)和考虑的因素方面介绍了钢铁淬火过程模拟的研究情况,提出目前存在的主要问题是:针对性强,通用性差;只验证淬火过程,指导淬火工艺制定,但没有上升到理论高度.因此,分子动力学模拟这一研究手段是钢铁淬火过程基础理论研究(工件、介质两方面)重点发展的趋势之一.     

汽车后座椅横梁冲压成形过程的数值模拟

采用数值模拟方法,对某型高强钢汽车后座椅横梁的成形过程进行研究,讨论压边力和拉深筋的变化对该零件成形性能的影响。模拟结果表明,采用合适的压边力和较低的拉深筋阻力系数,可有效提高高强钢的成形性能,获得合格的零件。针对模拟结果中零件出现的缺陷,提出了初步的工艺改进方案。     

渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟

该文基于热传学基本原理和热弹塑性理论,采用有限元方法,利用20CrMnTi钢的圆棒实验数据对渗碳齿轮的淬火冷却过程进行了数值模拟。为了模拟不同渗碳层厚度对残余应力的形成和分布的影响,编制了圆柱直齿轮模型以及渗碳层模型的创建,各种材料参数的输入,模型网格的划分,以及温度场和应力场求解整个过程的应用程序。通过调节参数,可以修改齿轮几何尺寸、渗碳层厚度等,可实现模拟渗碳齿轮淬火过程的参数化分析。根据数值分析结果,讨论了残余应力场对齿轮疲劳破坏的影响。     

Numerical simulation of quenching of large sized blocks of 718 steel used for plastic dies

Abstract

The 718 steel used for plastic dies is required to be prehardened to 29 – 35HRC. For large sized blocks, it is relatively difficult to additionally guarantee uniform hardness with the greatest hardness difference of 3HRC and without any quenching cracks after heat treatment. In this paper, the transient temperature field and microstructure transformation during the quenching process of large sized blocks of 718 steel have been simulated numerically. Based on the simulation and experimental results, an appropriate quenching process, that is, direct air cooled quenching after austenitising at higher temperatures such as 880 – 930°C, was recommended in order to reach hardness uniformity and avoid quenching cracks.     

板材软模成形数值模拟研究现状

分析了板材软模成形数值模拟的特点,对目前主要采用的软模成形数值模拟方法进行了阐述和评价,并对三类典型软模成形(液压成形,橡皮成形及粘性介质压力成形)过程数值模拟应用进行了综述,最后对板材软模成形数值模拟发展趋势进行了展望.     

TC4薄壁件热处理过程形状尺寸变化数值预报

建立了钛合金薄壁件加热冷却过程中温度场和应力场的数学模型,利用ANSYS软件实现了对钛合金筒形件加热冷却过程中形状尺寸变化及残余应力的预报.结果表明:钛合金筒形件随炉升温至1 050℃,保温700 s后淬火至25℃,直径方向最大相对变形为 1.057%;上下边缘处单元应力状态为张应力,此处的残余应力为389 MPa;淬火过程中工件心部和外表面最大温差为150℃.     

真空气淬过程数值模拟湍流模型适用性研究

分别采用标准κ-ε模型、重整化群(RNG)κ-ε模型和可实现的(Realizable)κ-ε模型对某喷嘴型真空高压气淬淬火过程进行了数值模拟.结果表明:通过合理选择湍流模型,可以通过数值模拟的方式实现对淬火过程的预测和分析.由于三种湍流模型对湍流耗散率处理方式的不同,使其适用领域有所不同,对于真空气淬过程,可实现的( Realizable)κ-ε模型适用性最好,重整化群(RNG)κ-ε模型次之,标准κ-ε模型与实验吻合度最差.     

基于分数步长法的压铸充型过程数值模拟

为了模拟型腔内流体的流动形态并预测气孔缺陷,应用充型过程数值模拟方法,采用分数步长法来求解非稳态的Navier-Stokes方程,可以在每个时间步长内仅求解一次动量和压力方程.动量方程求解中采用Adams-Bashforth方法处理对流项,采用Crank-Nicolson方法处理扩散项.搭建了压铸过程水模拟系统,设计了型腔尺寸沿充填方向逐渐递减的有机玻璃模具.通过彩色高速摄像机以500帧/秒的速度记录充填形貌.将数值模拟结果和水模拟结果相比较,两者吻合较好.同时采用SOLA-VOF法模拟了同一充型过程,结果表明,分数步长法和VOF法相结合要比SOLA-VOF法更能准确地预测压铸过程中的卷气现象.     

圆柱体工件高压气淬过程中的数值模拟

利用导热微分方程和单值性条件推导了轴对称短圆柱体温度分布的通用数学微分方程,可计算工件上任意点的温度和任意时间的温度分布;采用伽辽金(Galerkin)加权余量法推导了二维轴对称圆柱体瞬态温度场的有限元计算的积分方程;采用大型有限元计算软件ANSYS对5Cr1MoV轴对称实心圆柱体工件淬火过程的温度变化及热应力/应变分布状况进行了模拟计算.     

SDC99钢淬火过程中应力和组织演变的有限元模拟

为了研究钢铁材料在淬火过程中内部组织和应力的变化,以自主研发的SDC99钢为研究对象,考虑相变潜热的影响,采用有限元方法对偏心圆环的淬火过程进行模拟仿真,并对淬火过程中模型的温度场、应力场和组织场的变化进行分析和研究.结果表明:经实验测定淬火过程中温度场及残余应力的分布与模拟结果吻合较好,偏心圆环上最大残余应力出现在45°及315°位置;模型硬度的分布与其马氏体含量分布趋势一致,模拟的硬度值略小于实测值.     

多孔介质冻结过程中温度变化的数值模拟

多数对多孔介质冻结过程的研究是建立模型借助于计算机技术给定数值解。笔者在借鉴现有数值模型的基础上，考虑多孔介质的内部特点，采用容积平均法建立数学模型，对无限大平板状多孔介质在第三类边界条件下发生的一维冻结过程中温度变化进行分析并加以实验验证。     

超高强度硼钢板热弯曲数值模拟

为研究热自由弯曲和热接触弯曲方法的淬火效果和成形精度,应用ABAQUS软件,对超高强度硼钢板U形件的热弯曲过程进行了数值模拟研究.研究表明:热接触弯曲改善了热弯曲零件底部的淬火效果,且热接触弯曲可获得比热自由弯曲更好的成形精度;不同压边力下热接触弯曲回弹均随着压边力的增加而逐渐减小;数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性.     

基于多相流的LCM工艺气泡生成仿真

分析了液体模塑成型工艺（LCM）下织物预成型体中双尺度流动以及由此造成的空气裹入,进而产生细观及微观气泡的现象。基于多相流（VOF）方法建立了树脂空气两相流体在单胞内部流动的数学模型,并确定了该模型中多孔介质阻力源项和毛细力源项的具体形式。基于Fluent软件的UDF功能实现了上述两相流模型的数值求解,研究了平纹织物单胞中的两相流动以及2种气泡的生成过程。对Rovcloth 2454织物的气泡生成仿真结果显示,毛细数 Ca 对气泡的产生有决定性作用：当毛细数接近临界毛细数 Ca^c时,气泡产生量最低,而当Ca小于Ca^c时,容易产生细观气泡,反之容易产生微观气泡。通过与文献中的理论预测和实验数据对比,验证了本文算法的正确性。