基于钢箔渗碳的碳传递系数的精确测定

提出了一种计算气体渗碳过程中碳传递系数的方法,结合钢箔渗碳试验获得精确的碳传递系数。利用Thermal Prophet软件模拟了钢箔渗碳过程。结果表明,渗碳过程中碳传递系数是钢箔表面碳浓度的函数,随表面碳浓度的增大而减小。当表面碳浓度从0.036%增加到1.03%时,碳传递系数下降79.4%。通过对比模拟结果和实测的碳浓度分布曲线证明了本文测定的碳传递系数优于其他经验公式。     

用钢箔渗碳法测定β系数的问题和建议

<正>编者注:下文是本刊发表于2014年第4期的《用钢箔渗碳法测定β系数的问题和建议》一文的补充说明。(1)接4.2节(b)之后(c)如果已经知道钢箔的碳扩散系数的表达式(它应当是温度和碳浓度的函数),那么测定β系数值的工作就会更为简捷。过程如下:1按2节所述,用传统方法进行钢箔渗碳试验,并用精密天平测定出钢箔的最终平均含碳量(试验值);     

渗碳反应系数的测定

论述了用钢箔法测定渗碳反应系数的原理和方法；给出了煤油及苯胺在９３０℃渗碳时的反应系数，对苯胺和煤油的滴注式渗碳的渗碳能力作了评价；说明了渗碳反应系数对计算零件渗层内的碳浓度分布曲线的意义。     

连续炉中稀土渗碳数值模拟

本文研究了20CrMoH钢在连续炉中稀土渗碳动力学,编制了相应的数值模拟软件,实现了稀土渗碳过程可视化数值模拟.结果表明稀土元素添加加快了渗碳速度,使20CrMoH钢在880～920℃相同推料周期条件下的渗碳层厚度提高17～35%,并且低温渗碳稀土催渗效果较高温明显. 880、900和920℃时稀土渗碳碳的扩散系数,分别为D880RE=1.84D880、DRE900=1.53D900和D920RE=1.40D920.(对20CrMoH钢在880～920℃稀土渗碳过程碳浓度分布和渗碳层增厚进行了数值模拟,模拟结果与实测值基本吻合.     

气体渗碳数学模型及物理参数的计算

建立了平面、圆柱面和球面工件气体渗碳数学模型 :cτ=D 2 cx2 shape(x -R0 )cx ,碳的扩散系数取为温度和含碳量的函数 :D =D0 4exp[-Q RT -B(0 4-c) ];碳的传递系数取为温度的函数 :β =β0 exp(-E RT) ;内边界条件为固定碳量 ;碳势和温度取为时间的线性函数。给出了基于渗碳结果计算物理参数的数学模型。结果表明 ,将碳的扩散系数取为温度和碳的质量分数的函数 ,传递系数取为温度的函数以及通过测试渗碳后的碳浓度值计算扩散系数和传递系数中的 5个常数 ,对提高模拟计算结果的正确性非常必要。通过模拟计算还讨论了扩散系数和传递系数中有关参数对碳浓度分布的影响规律     

20Cr钢渗层碳分布数值模拟系统的研究

通过大量渗碳实验,运用数值模拟和VB6.0程序设计语言等方法开发了20Cr钢渗层碳分布的数值模拟系统,利用该系统用户可直接计算出经不同时间渗碳后的渗碳层深度、表面碳浓度和渗层的碳浓度分布.     

密封箱式炉气氛碳势偏差对工件碳浓度分布的影响

根据大量随炉渗碳试样的剥层定碳分析数据,结合对炉气氛的跟踪试验结果,对密封箱式炉渗碳气氛的组分和碳势控制进行了分析研究。在用氧探头单因素控制碳势的情况下将碳势的理论计算值与定碳分析结果进行了比较,在实际生产条件下对碳浓度场进行了数值模拟,从而推断渗碳工艺过程中不同阶段碳势波动对渗层碳分布的影响。     

18CrNiMo7-6渗碳钢相变塑性系数对残余应力的影响

目的 研究碳含量对相变塑性系数的影响,并精确仿真18CrNiMo7-6钢渗碳淬火后的残余应力分布。方法 制备四种不同碳含量(0.21%、0.49%、0.65%、0.87%)的全渗透试样,分别进行不同应力水平下的膨胀试验,测得不同碳含量试样的相变塑性系数K,并输入DEFORM-HT中进行残余应力仿真,同时对 16.72 mm的圆柱试样进行渗碳淬火试验,以验证残余应力模拟的准确性。结果 前三种碳含量下马氏体相变动力学参数α变化不大。基于此,提供了一种便于计算高碳含量试样不完整膨胀曲线的K值的方法,计算四种不同碳含量试样的相变塑性系数分别为7.16×10^–5、5.45×10^–5、5.53×10^–5、6.01×10^–5 MPa^–1。分别采用不考虑相变塑性即K=0 MPa^–1、取为基体值即K=7.16×10^–5 MPa^–1和试验测得与碳含量相关的相变塑性系数进行残余应力仿真,其中采用试验测得相变塑性系数仿真结果与实测的残余应力吻合度最高,残余压应力从表面到心部呈现先增大后减小的趋势。结论 经渗碳淬火后的试样表层存在碳梯度,不同碳含量下影响相变塑性系数数值的主导机制不同,导致相变塑性系数随着碳含量的增加而先降低后升高,且其对18CrNiMo7-6钢渗碳淬火后残余应力分布的影响显著。     

低温两相区渗碳浓度场的非线性有限元法模拟

采用有限元非线性算法,通过增加相区移动边界条件,对２０钢工件的低温渗碳二维浓度场进行了模拟,其中扩散系数与碳浓度之间的关系有杉了Ａｇｒｅｎ表达式。在模拟结果的基础上,进上步讨论了渗碳温度对低温两相区渗碳浓度场的影响。     

模拟乙炔气真空渗碳的反应流

真空渗碳是一种强化低质量钢表面的方法。如粗钢类金属用反应气体（例如乙炔或丙酮）在低压（低于大气压）和高温（超过1000 K）炉内渗碳。经渗碳的金属约比粗钢硬1.5倍。这种渗碳金属的工业应用能在旋转和接触状态下抗磨损,例如燃气轮机的齿轮。本文说明了用氩气稀释的乙炔气真空渗碳的数值模拟。把气相和液相都看成真空渗碳过程中的液-固界面。在数值方法中假定在钢的渗碳表面上反应是简单的反应机制,也计算了碳的传输。采用用户能确定功能的商用计算流体动力学软件ANSYS FLUENT 13来计算。本项研究的目的是展示如何用我们提出的方法来描述物理现象,并且能按我们推荐的数值模拟的找到最佳的真空渗碳操作。实验是在一个加热室内进行,由石英管供应的乙炔/氩混合气在室内加热;用Quadrupole质量过滤器测量乙炔、氢和氩的分压;用电子称称渗碳气体在渗碳前后的重量;然而也用电子探针显微分析仪（EPMA）测量局部碳的质量分数;用观察显微组织的金相显微镜研究渗碳钢的表面。数值计算结果给出气体中氢和乙炔的摩尔分数,钢中渗入的碳重量和碳质量分数的分布。我们数值计算的结果和实验的结果很好一致。这表明计算液体动力学能拓展到用于渗碳过程,对改进渗碳工艺是一种有用的工具。     

合金元素的变化对20MnCr5钢齿轮渗碳淬火后性能的影响

为探究合金元素变化对渗碳淬火齿轮性能的影响规律,以20MnCr5低碳合金钢制齿轮为研究对象,利用JMatPro软件计算得到两种含不同合金元素的20MnCr5钢的材料性能参数;基于有限元方法开展齿轮渗碳淬火模拟分析,根据实际热处理工艺路线,建立渗碳淬火过程的数学模型,通过COSMAP软件模拟了齿轮的渗碳淬火热处理工艺过程,对比分析合金元素变化对渗碳淬火20MnCr5钢齿轮的温度场、组织场和硬度场的作用结果。研究表明,模拟值与试验值具有较好的一致性。温度场和渗碳层对合金元素含量的变化反应不明显,而渗碳淬火后的组织分布和硬度分布受C、Mn、Cr、Al等合金元素变化的影响较大。     

17CrNiMo6钢内齿圈渗碳仿真关键技术研究

基于DEFORM软件,研究17CrNiMo6钢内齿圈渗碳工艺仿真中的关键技术问题。在扩散系数模型建立时,考虑温度和含碳量双重因素的影响,给出关于温度和含碳量的扩散系数函数;在确定界限含碳量时,考虑合金成分及淬火油冷速等因素影响,得到界限含碳量具体数值。用确定出的17CrNiMo6钢内齿圈渗碳淬火工艺流程与参数,及DEFORM软件对17CrNiMo6钢内齿圈渗碳进行仿真。对仿真结果与实际热处理工艺技术要求进行对比,表明给出的扩散系数函数、界限含碳量正确合理,仿真准确度较高。     

高合金钢固体渗碳及渗层扩散的计算机模拟

讨论了高合金钢固体渗碳和渗碳后渗层的扩散处理,提出了计算高合金固体渗碳及渗件表面不发生脱碳情况下渗层扩散处理的碳浓度分布的数学模型,以此模型对3Cr13和Cr10钢固体渗碳和渗层扩散处理的碳浓度分布进行了计算机模拟。模拟结果与相应的试验结果基本吻合,表明了本文的数学模型及方法是可行的。     

何为过饱和渗碳

由于合金元素能使碳在奥氏体中的溶解度减小,在通常的渗碳温度下,即使气氛碳势只有0.9%～1.0%,含有Cr、Mn、Mo等使奥氏体碳活度系数减小的元素的钢,表面碳含量也会超过碳在奥氏体中的溶解度,使工件表面在渗碳过程中出现相当数量的碳化物。有意识地使工件表层在渗碳过程中形成一定数量碳化物的渗碳方法,就是过饱和渗碳。     

商用计算机代码在合金钢渗碳动力学模型化中的应用

渗碳时在钢维持单相状态情况下,用有限差分和有限元计算机代码如何使渗碳动力学模型化已为人们所熟知。除了写原始计算机码外,研究者们还作如下的代替换来应用热传输分析商用码:碳浓度代替温度,碳扩散系数代替导热系数,一个整数代替密度和比热的乘积,这时所需要的特性资料仅仅是碳扩散系数与碳浓度的关系和关于边界条件的资料(例如表面的碳浓度不变等)     

Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb合金高温渗碳浓度场的数值模拟

以Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb炉管钢为研究对象,以菲克第二定律和"平衡常数法"为理论基础,采用有限差分数值方法,实现了这两种高Cr-Ni裂解炉管材料高温渗碳时碳的扩散和碳化物析出的模拟,给出了渗层的总碳含量、基体中的碳含量、基体中合金元素含量在不同渗碳时间沿壁厚的分布.在1000℃对两种材料进行了固体渗碳实验,分析比较了高温下两种材料的渗碳动力学规律.结果表明,浓度场模拟结果与实验测量值吻合较好.从渗碳增重曲线和浓度场模拟结果可以看出,Cr35Ni45Nb钢的抗渗碳能力强于Cr25Ni35Nb钢.     

BH复合催渗程控系统的构建及数值模拟

通过对可控气氛多用炉设备进行改造,将闲置不用的氨气管道改为BH催渗用滴注管道并设计了催渗剂滴注控制系统,实现了BH渗碳工艺的自动化控制。研究了20Cr2Ni4A钢930 ℃超级渗碳和BH渗碳两种工艺的渗碳动力学,并模拟了渗层深度与碳浓度分布曲线。结果表明: BH渗碳时碳扩散系数要大于超级渗碳,BH渗碳的扩散系数为2.084×10^-9 mm²·s^-1,超级渗碳为1.667×10^-9 mm²·s^-1。本文模拟的20Cr2Ni4A钢在930 ℃进行BH渗碳及超级渗碳时的碳浓度分布和渗层厚度变化与实际验证情况相符。实际渗碳后要达到相同渗层厚度,采用超级渗碳所需的时间要高于BH渗碳,BH渗碳的渗碳速率提高了22.6%。     

CrMo钢比热与热扩散系数的热力学估算

利用热力学亚点阵等模型,构建了Fe-Cr-Mo-C四元合金系中单相组织比热与热扩散系数的计算方法,并对20Cr Mo钢与42Cr Mo钢中奥氏体(fcc)和马氏体(bcc)等微观组织的比热与热扩散系数进行了计算与实测。计算与实测结果具有较好的一致性,由此表明本文计算方法能够较为准确的预测不同碳含量Cr Mo钢材料中奥氏体等微观组织在不同温度条件下的比热和热扩散系数。该方法可以简化比热与热扩散系数的实测工作,为Cr Mo钢零件的热处理(特别是渗碳热处理)数值模拟的开展提供参数保障。     

18CrNiMo7-6钢牙轮钻头轴承渗碳工艺的优化

为了确定18CrNiMo7-6钢牙轮钻头轴承的最优渗碳面和最优扩散系数,通过建立数值计算模型、扩散系数模型和物理模型,对两种可选择的渗碳面以及不同扩散系数的渗碳结果分别进行对比研究,并对最优结果进行验证。结果表明:牙轮钻头轴承最优的渗碳面是外表面,最优的扩散系数为1.5×10~(-6)m~2/s,满足了牙轮钻头轴承表面耐磨、芯部具有韧性的要求,为制定合格的渗碳工艺提供理论支撑。     

高含碳量状态下的表面淬透性

大型渗碳衬套淬透性的降低被认为是达不到规定硬度的主要原因。Pseudo Jominy对几种高淬透性的渗碳钢进行了试验,证实了当碳含量超过0.65％时,淬透性开始衰减,尤其对含钼钢更为显著。通过对前期工作的分析,得出了计算各种碳含量的Jominy淬透性的公式,这些公式与观察结果是一致的。