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。     

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。     

汽车变速器双联齿轮的激光焊接仿真分析

基于计算机仿真技术,利用三维高斯圆锥热源模型对汽车变速箱双联齿轮激光焊接过程进行数值模拟.采用纳米压痕法测量双联齿轮激光焊接后的残余应力分布,并与仿真结果进行对比分析.结果表明:建立的双联齿轮激光焊接仿真模型在一定程度上成功地实现了对双联齿轮激光焊接过程焊接温度场、残余应力的模拟,为优化双联齿轮激光焊接工艺提供了理论依据和指导.     

42CrMo钢激光-感应复合淬火淬硬层几何特征及组织研究

采用激光-感应复合淬火的新工艺,将激光和电磁感应两种热源复合提高42CrMo钢激光淬火的淬硬层深度和均匀性。利用COMSOL Multiphysics 5.5软件对42CrMo复合淬火过程中温度场的演变过程进行分析,通过淬火实验对模型进行了验证,淬硬层深度模拟值与实验值一致性较高。采用该模型,比较了复合淬火与单一激光和单一感应淬火在同工艺下淬硬层的表面温度和深度,分析了不同扫描速度和激光光斑尺寸对淬硬层深度的影响。通过实验对复合淬火的淬硬层深度、硬度、晶粒大小和显微组织进行分析。结果表明,激光-感应复合淬火可以有效提高试样的表面淬火温度,提高淬硬层宽度和深度,弥补单一激光淬火功率不足的缺点,通过模型预测了复合淬火最优扫描速度和光斑尺寸。相较于两种单一淬火,复合淬火的晶粒度和显微组织形态在深度方向上的变化趋势与激光淬火相似,且具有更高的淬硬层平均硬度。     

雾化气体淬火过程温度场及应力场的数值模拟

从45钢在高压氮气中淬火的实验出发,利用ANSYS有限元软件对工件雾化气体淬火过程进行数值模拟,建立二维瞬态模型,模拟了工件的温度场和应力场的分布。模拟结果和实验进行对比,温度场的数值模拟计算和实验结果较吻合。     

森吉米尔中间辊淬火温度场的有限元模拟

为了实现森吉米尔中间辊淬火过程的虚拟生产,运用非线性有限元法进行其淬火温度场的数值模拟.建立轴对称瞬态无内热源温度场的变分方程,基于示差扫描量热实验,采用热焓法对相变潜热进行处理,得到更准确的模拟结果,并通过硬度测试和金相分析验证了模拟的准确性和可靠性.     

基于瞬态导热过程预报的激光淬火层设计

本文运用Matlab对45钢激光加热过程的瞬态温度场进行数值模拟,由此预测激光淬火硬化层深度。结果显示,在保证材料不熔化的基础上尽量提高激光加热的功率和吸收系数、降低扫描速度、适当减小光斑尺寸,能够获得较深的淬硬层。在激光加热功率1000 W,光斑边长4 mm,扫描速率为25 mm/s,吸收系数70%时,45钢淬硬层深度能达到0.14 mm。     

304不锈钢板材淬火过程数值模拟和实验研究

采用AVL Fire软件中的欧拉多流体模型,对不锈钢304板材的浸没式淬火冷却特性进行了数值模拟,并将数值结果和实验结果进行了对比分析。研究中淬火介质采用水,采用数值模拟求解了淬火工质气液两相的质量、动量和能量方程,以及不锈钢工件淬火导热方程。其中,基于淬火工质和工件界面热流密度相等的原则,耦合求解淬火工质和工件温度场。数值模拟和实验结果的对比表明,工件温度数值模拟结果与实验数据吻合较好,该模型能可靠预测工件淬火过程,并可以扩展到复杂系统中的多相流模拟,指导实际生产。     

光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬火硬化层几何特征的影响

目的提高42CrMo钢激光淬火后硬化层的深度和分布均匀性。方法利用COMSOL Multiphysics软件对42CrMo钢激光淬火过程中温度场的演变进行分析,且考虑材料的热物性参数随温度变化。通过设定激光工艺参数模拟试样的温度场分布,利用马氏体转变条件得到硬化层形貌尺寸。参照模拟结果,利用连续输出的光纤耦合半导体激光器对42CrMo钢进行激光淬火实验,用热电偶测温仪对试样测温并与模拟的温度历史曲线进行对比,用光学显微镜对试样横截面处硬化层形貌进行分析,将实验所得硬化层形貌与模拟结果进行比较。并在相同的功率密度下,改变光斑的几何尺寸进行模拟,分析并比较硬化层的几何特征。结果实验所测某点的温度历史曲线与模拟结果一致性较高,硬化层实际形貌与模拟结果基本吻合。在激光功率密度不变时,随着垂直于扫描方向上的光斑宽度增加,硬化层宽度呈正比例增加,硬化层深度则先增后减,距离硬化层中心最深处相同距离点的曲率则逐渐减少。结论通过优化激光淬火工艺参数,控制激光淬火的热传导时间和深度方向的温度梯度分布,可以在表面不熔化的前提下,获得较深的硬化层。光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬火硬化层深度和硬化层均匀性有较大影响,选择较大的光斑宽度可以得到更为均匀的硬化层。     

碟片激光器激光淬火过程数值模拟与试验研究

目的 通过模拟计算得出45钢激光淬火温度场的瞬变规律和微观组织相变规律,得出马氏体的形成与转变程度,测出淬火相变硬化的层深与层宽。方法 基于COMSOL Multiphysics建立碟片激光器对45钢激光淬火过程的热力耦合模型,利用JMatpro计算45钢激光淬火过程中的物性参数变化,对模型物性参数进行修改,并以4000 W碟片激光器对45钢进行激光淬火试验,通过Axioskop 2扫描电子显微镜、Zeiss-?IGMA HD场发射电子显微镜、HXS-1000A显微硬度仪分析45钢淬火组织和相变硬化规律。结果 相同功率下,碟片激光器与传统激光器相比,激光淬火相变硬化层及热影响区明显增大,相变界限清晰,淬火影响区呈高斯分布,完全相变区组织转变效果较好,热影响过渡区沿高斯弧线近似等距分布。激光淬火层由表及里依次为完全淬火相变区、不完全淬火区和芯部基体,完全淬火区形成致密细小的针状马氏体和少量残余奥氏体,淬硬层呈高斯分布,深达1084.589 μm,最大宽度9761.989 μm,硬度达到799HV,不完全淬火区厚度为361.533 μm。结论 试验结果与模拟计算结果吻合,COMSOL可实现对激光淬火过程的有效模拟。     

工艺参数对42CrMo钢激光淬火效果的影响

对42CrMo钢进行不同参数下的激光淬火处理,研究了激光淬火功率和扫描速度对42CrMo钢表面淬火硬度和淬火深度的影响规律,分析了在激光功率密度为定值时不同激光淬火参数下硬化性能的变化趋势。研究结果表明,激光功率的增大和扫描速度的减小均可以提高淬火层的深度和硬度;结合激光功率和扫描速度计算所得的能量密度参数与淬火效果存在较强相关性,在能量密度相同时,高功率高速度参数可以增加淬火硬度和深度,并提高加工效率。     

45钢电子束相变硬化温度场数值模拟与实验验证

建立了移动电子束高斯热源作用下的三维相变硬化过程中温度场的数学模型,分析过程中考虑了热源分布、热物性参数、热辐射等因素对温度场的影响,得到了电子束扫描相变硬化温度场的分布规律和硬化层的形态,并进行了实验验证;探讨了电子束工艺参数对硬化区深度和宽度的影响。结果表明:移动电子束高斯热源作用下的温度分布等值线呈勺状,表面最高温度滞后于束流中心,且处理后硬化层横截面呈月牙状;在固态相变条件下,硬化层的宽度和深度随着扫描功率的增加呈非线性增加,随着扫描速度的增加呈非线性减小。     

Predictive modeling of laser hardening of AISI5150H steels

This paper presents accurate predictive modeling of the laser hardening process in terms of laser operating parameters and initial microstructure without the need of any experimental data. The model provides the diagrams that are useful for predicting hardness profiles, optimizing practical process parameters and assessing the potential of laser hardening for different steels. It is shown that the hardness and depth of the hardened layer in hypoeutectoid steels (carbon wt%<1) could be predicted from this model with good accuracy.The model combines a three-dimensional transient numerical solution for a rotating cylinder undergoing laser heating by a translating laser beam with a kinetic model describing pearlite dissolution, carbon redistribution in austenite and subsequent transformation to martensite by utilizing the feedback from the CCT diagram. In order to validate the thermal model and assert the accuracy of temperature predictions the temperature was measured using an infrared camera and a good agreement between the predicted and measured temperatures is shown. Results are presented as processing maps, which show how the case depth and hardness depend on input operating parameters. The good agreement between the measured and predicted hardness profiles ascertains the accuracy of the thermal-kinetic model developed for AISI5150H steels.     

激光表面淬火对铬钼铸铁组织和硬度的影响

采用TH-3DC3000型激光加工系统对铬钼铸铁进行了激光表面淬火处理,研究了不同激光功率和扫描速度对铬钼铸铁显微组织、表面硬度及硬化层深度的影响。结果表明,经激光表面淬火后,铬钼铸铁的组织由硬化区、过渡区和基体3个区域组成,硬化区组织为隐晶马氏体、残留奥氏体和球状石墨,过渡区组织为隐晶马氏体、珠光体和球状石墨,基体组织为铁素体、珠光体和球状石墨。在激光表面淬火未对试件产生过热影响时,激光功率的增大和扫描速度的降低均会提升铬钼铸铁的表面硬度和硬化层深度。在5 mm×20 mm的矩形激光光斑下,确定最优的参数组合为激光功率2300 W、扫描速度0.003 m/s,采用该参数组合对铬钼铸铁进行激光淬火处理时,表面硬度为760 HV0.3,硬化层平均硬度为724 HV0.3,硬化层深度可达1.4 mm以上。     

基于ANSYS的塑料模具钢激光相变硬化数值模拟

采用有限单元法对激光相变硬化三维瞬态温度场进行数值模拟,利用ANSYS的APDL语言编写了温度场计算程序,分别计算了一定工艺条件下SM45钢和3Cr2MnNiMo钢激光相变硬化处理过程的三维瞬态温度场并预测了激光相变硬化层的厚度。分析中还分别考虑了不动热源和移动热源的情况,并把在两种情况下得到的硬化层作了比较。     

40CrNiMoA钢激光相变硬化技术

研究了40CrNiMoA钢激光淬火工艺参数与硬化层深度及硬度之间的相互关系，以及淬硬层微观结构特征。结果表明，随着光斑扫描速度的提高，硬化层深度降低，表面硬度存在一个极大值；随着激光功率的升高，硬化层深度增加，表面硬度也存在一个极大值，激光淬火硬化层依其组织特征，分为完全淬硬区，过渡区及高温回火区。     

16Mn钢表面激光熔覆Ni60合金关键参数优化

采用ANSYS有限元软件对16Mn钢表面激光熔覆Ni60合金过程中的温度场进行数值模拟,分析激光熔覆工艺参数对温度场的影响,并以保证熔覆层质量的前提下,使基体表面得到较深的硬化层为目标,对激光功率和扫描速度两个工艺参数进行优化设计,得到了最佳熔覆参数;激光熔覆实验研究发现,优化后的工艺参数较为合理,实验结果也证实了数值优化结果的可靠性。     

激光扫描参数对相变硬化层均匀性的影响

以三维瞬态温度场分布模型为基础，对激光相变硬化中不同激光功率和扫描速度组合对硬化层分布均匀性的影响进行了理论研究。研究结果表明，在一定光束模式下，采用高功率快速扫描可得到相对更为均匀的硬化层分布。据此提出了以综合考虑表面不熔、层深和硬化层分布均匀性三方面要求为原则的扫描参数选择方法，即以表面不熔和层深条件限定的两条P-v组合曲线之交点座标为最佳的扫描参数。     

强度空间分布对脉冲激光表面强化的影响

建立了包含脉冲激光强度时空分布、温度相关的材料热物性参数以及多次相变特征在内的脉冲激光表面强化三维有限元模型。温度场和强化区深度分别得到了解析解和试验验证。针对不同脉冲能量级别，研究了强度空间分布形式和光斑几何形状对表面最高温度、强化区深度以及强化区形状等的影响。结果表明，激光强度空间分布是影响强化区的重要因素。为达到理想的强化效果，应根据不同的脉冲能量选择适当的空间分布形式和光斑几何形状。