无相变合金淬火热应力演变机理的理论模型——（3）淬火热应力拓扑模型及形状影响热应力规律

建立了几何拓扑模型和热应力拓扑模型,从这2种拓扑模型的结构、形状和对称性、特别是多次对称轴之间的关系,深入分析了角端、边缘、表层、内部4种淬火模型以及淬火角端效应和动态薄膜效应之间的内在联系,并指出了各种具体的工业实际应用.淬火过程中,热力学拓扑模型的对称轴(特别是n次对称轴)将以变化的θ角围绕几何拓扑模型的对称轴(特别是n次对称轴)不停转动,θ的大小由几何拓扑模型和动态薄膜共同决定,θ=0°或θ很小时,是理想状态层状分布热应力,θ较大甚至接近90°时,发生淬火角端效应和淬火动态薄膜效应.并且热力学拓扑模型的对称轴(特别是n次对称轴)指向的表面出现拉应力,和该轴成垂直方向的表面出现压应力.     

无相变合金淬火热应力演变机理的理论模型--(1)角端和边缘淬火热应力模型与淬火角端效应

淬火过程中率先引发塑性变形的动力是拉应力,此后拉应力和压应力交替引发塑性变形.拉应力可以诱发压应力的出现.在淬火试样表层可以出现压应力,这不同于传统观点认为淬火表层只能是拉应力的结论.淬火热应力与温度高低关系不大,主要由相对温差(即温度梯度)决定,相对温度高的部分会趋向发展成压应力状态,相对温度低的部分趋向发展成拉应力状态,这是淬火和快速加热产生热应力、塑性变形和残余应力的根本原因.建立了角端、边缘两种淬火热应力模型,提出了淬火角端效应,即在角端拉应力率先引发塑性变形并引起温度梯度、热应力、塑性变形等交替衰减的现象.     

齿轮淬火过程的温度场、热应力与热变形的有限元分析

采用ANSYS9.0软件对齿轮淬火过程的温度场、热应力与热变形进行有限元分析,通过计算和分析,得出齿轮淬火过程温度的分布规律及对应的热应力与热变形情况,这对齿轮变形控制、设计及生产使用都有参考价值.     

7050铝合金淬火温度场及热应力场的数值模拟

综合考虑了7050铝合金在淬火冷却过程中材料热物性参数和高温力学性能参数的非线性性质,以应力框试件为研究对象,借助非线性有限元软件ABAQUS,对7050铝合金试件淬火冷却过程中的温度场和热应力场进行了数值模拟。结果表明,温度场的数值模拟很好地反映了试件淬火时温度场的分布规律。应力框的变形特征与公认的变形结果相符合。     

7050铝合金零件淬火过程中温度场及热应力场的模拟研究

综合考虑了7050铝合金材料热物性参数与力学性能参数的非线性问题,借助有限元软件ABAQUS对7050铝合金法兰盘零件进行了淬火过程中温度场、热应力场的计算机数值模拟,得到其冷却曲线与热应力分布情况.结果表明:7050铝合金零件淬火过程中表层金属承受拉应力,心部金属承受压应力的空间分布特征,且无论是拉应力还是压应力都在淬火开始不久出现峰值,至冷却结束时整个零件的应力状态趋于平衡,应力降低至最小值.     

全淬透圆柱件淬火应力的有限元模拟及实验验证

利用温度场、组织场和应力场相互耦合的数学模型对直径60 mm的40CrNiMo水淬圆棒的淬火应力进行研究。结果表明,有限元模拟的淬火应力及其分布与XRD测量结果相符,论证了所运用的温度场、组织场和应力场相互耦合的数学模型(包括建立的相变塑性函数)的正确性。通过计算机模拟分离了淬火马氏体钢中的热应力和组织应力,揭示了不同直径淬透圆棒试样的应力分布规律及其起因以及不同淬火介质对淬火应力的影响规律。     

基于有限差分网格的发动机缸体铸件热应力模拟

对发动机气缸体铸件从浇注完到开箱落砂后的铸造过程应力场进行计算机数值模拟.为了实现形状复杂铸件的热应力分析,应用了有限差分网格向有限元网格的转换方法,得到缸体的有限元模型,并将该模型与经过大量简化后直接剖分得到的有限元模型进行了比较.在此有限元模型的基础上,采用FDM/FEM集成铸件热应力分析系统实现了对发动机缸体铸件热应力分析,模拟结果和实际生产情况相吻合.     

淬火过程应力场的计算机模拟

利用有限元模拟软件对42CrMo试棒在淬火过程中的应力变化进行数值模拟，使得在淬火过程中的热应力和残余应力得以体现，并分析了淬火过程中表面和心部的应力变化。     

铝合金大型锻件淬火过程的有限元模拟

采用Deform V11有限元软件,计算了T形7N01铝合金锻件的表面综合换热系数,仿真模拟了锻件淬火过程中的温度场、应力场与形变位移变化规律,分析了温度与热应力对锻件淬火形变的影响与作用机制。结果表明,淬火初期因温度梯度(最大温差达225 ℃)与热应力巨大差异,锻件肋板一侧在淬火时间为10 s时产生了最大程度的弹性与塑性变形,远大于无肋一侧,弯曲曲率增大;淬火中期锻件主要发生弹性形变,厚度大的肋板一侧收缩变形加剧,曲率变小,50 s时锻件基本不再变形;淬火后期阶段热应力趋于零,锻件冷却产生微量弹性形变,淬火结束后,锻件整体产生趋向肋板一侧的塑性弯曲变形,曲率半径大于加热前。     

工业淬火槽中的液流传感器-文献综述

造成淬火后工件硬度不均匀、热应力增加、畸变和开裂，主要是因为淬火槽内整个淬火区的液流不均匀。在淬火过程中，液流是控制淬火烈度的关键。因此，如何测量在淬火过程发生的液流特性很重要。迄今为止，市场上还没有一种可用于热处理生产设备的设计合理、具有足够灵敏度并经久耐用的液流传感器。本文对不同传感器的各种测量原理进行了概括，并描述了几种最近开发的可用于淬火槽中测量液流传感器。     

TC21钛合金锻件淬火过程温度场及热应力场数值模拟

通过利用ANSYS有限元分析软件对TC21钛合金锻件淬火过程进行数值模拟,获得TC21钛合金锻件淬火不同时刻温度场分布及热应力场分布,以及锻件上所选节点温度、热应力随淬火时间的变化关系,并观察从锻件心部至边部的组织变化,研究冷却速率对组织变化的影响规律。结果表明,当淬火3600 s时,锻件表面已冷却至室温,而心部仍然保持较高温度;从锻件心部至表面冷却速度逐渐增加,并且越靠近表面,组织越细小。 淬火开始阶段,锻件各点热应力迅速升至最大值,随着淬火时间延长,锻件表面及心部热应力均逐渐减小,至淬火结束时,锻件最大残余应力仅为77 MPa。     

空心圆柱体GCr15钢淬火过程的计算机模拟

用有限元法研究了GCr1 5钢圆柱体在油淬过程中的温度、组织及应力变化。在实测了淬火油换热系数的基础上 ,对轴对称空心圆柱体淬火时的温度场和组织场进行了模拟。同时运用热弹塑性理论 ,对圆柱体内外表面点及中心点应力的演化过程进行了模拟。模拟结果表明 :圆柱体内表面的冷速小于外表面。在淬火初期 ,由于热应力的作用使工件表面受拉而心部受压 ,在发生应力反向前 ,发生了组织转变 ,并使表面应力迅速转向 ,在应力达到最低点后又逐渐回升 ,最后表面形成了拉应力。心部的应力变化正好相反 ,最终形成了组织应力型的内应力分布。     

高铬铸铁件凝固过程中热应力场的实验研究

对高铬铸铁应力框热应力进行了测试，得到了定量的、动态的应力变化曲线，并对照它们的凝固条件进行了分析。通过分析高铬铸铁件在凝固过程中应力的产生特点，得出了高铬铸铁件裂纹的产生是热应力和相变应力共同作用的结果，该研究为高铬铸铁件热应力场的数值模拟打下了实验基础。     

Numerical Simulation of Temperature and Stress Fields of Ti-Alloy Thin-well Barrel during Quenching Process

TJ-6A1-4V(TC4)alloy is widely used in biomedicaland aerospace industries due to its high strength toweight ratio,excellent corrosion resistance andexceptional biocompatibility.However,during coolingof TC4alloy a larger temperature difference betweenits center and surface and phase transition can be easilyproduced due to its smaller coefficient of heatconduction compared with other metal materials,which leads to a formation of thermal stress in thisworkpiece.The combined impacts cause plastic…     

Experimental and Simulation Analysis of Thermal Shock with Rapid Heating Followed by Water Quenching for CuW70 Alloys

通过铜钨合金在快速加热后水冷的热冲击实验,研究了材料在热冲击后的力学性能变化。另外,应用有限元方法分析了合金在热冲击过程中的温度及热应力的分布及变化。结果表明,随着热冲击次数的增加,材料的强度减小而韧性明显增加;热冲击中,最大热应力出现在加热及冷却阶段的开始时刻,多次热冲击过程中,材料的内部和外部承受着在拉应力与压应力之间相互转换的交变载荷。     

高压气淬过程的数值模拟

应用有限体积法建立了数学模型,对高压气淬过程中气体的速度场、气体和工件的温度场以及工件内部的组织场进行了耦合计算,针对一组小棒料高压气淬的模拟结果,分析了气体流动、工件温度与相变各自的影响因素以及它们之间的相互影响,指出几何模型准确建立的重要性.另外通过模拟结果与实测冷却曲线的比较,该模型基本反映了高压气淬过程,其中加入相变计算能更符合实际,并且还能预测出工件的最终组织.应用本文中的相变计算模型,相变的计算结果与工件金相照片中的实测结果基本吻合.     

Finite Element Analysis of Residual Stress and Distortion in an Eccentric Ring Induced by Quenching

THERE is a pressing need in the metal manufacturingindustries to minimize the amount of rework due tosuch unanticipated effects of quenching as distortionand cracking.Computational modeling offers apowerful tool to predict the component response toquenching.However,physics associated with thequenching process and materials response is verycomplex.There is not yet a complete set of modelsthat can fully incorporate all the relating factorstogether and readily duplicate the experimentalresults.…     

用于CRH3的SiC/6061铝合金共连续复合材料制动盘在紧急制动过程中考虑气流冷却情况下的热分析(英文)

使用SiC网络陶瓷骨架增强的6061铝合金复合材料(SiCn/Al)制动盘可以减少高速列车的质量。采用有限元(FE)和计算流体动力学(CFD)方法计算在300km/h速度下实施紧急制动过程中考虑气流冷却条件下SiCn/Al制动盘的热和应力。分析制动器总成及其界面的设计特点时考虑了传导、对流和辐射这三种传热的模式。结果表明,具有较高对流系数的气流冷却不仅降低制动中的最高温度,也降低了温度梯度,因为气流加速了制动盘上较热部分的热量散失。有效的气流冷却可以减少制动盘上热斑的形成和盘体的热变形。有无考虑气流冷却时,实施紧急制动后,制动盘最高温度分别为461℃和359℃。有无考虑气流冷却时,制动盘的等效压力可分别达到269和164MPa。然而,在实施紧急制动时,制动盘表面的最大应力可能超过材料的屈服强度,这可能导致在不带冷却时制动盘的塑性损伤累积。模拟结果与实验结果相一致。     

Thermal flow simulation and visualisation of PAG quenchants in cooling evaluation equipment with twin stir

Abstract

In this research, the formation and movement of bubbles in boiling film during quenching process was investigated with high speed video camera and particle image velocimetry (PIV) technology as the visualisation method. Cooling curves of surface temperature during quenching of a silver cylinder were measured and the heat transfer coefficients between quenchant and quenching parts were identified. The cooling ability of the coolant used for the quenching technology was evaluated relative to the quality the machine part. As for this paper, the cooling capacity of the PAG quenchants (polyalkylene glycol solutions) was evaluated. In addition, the heat transfer behaviour in the quenching process is clarified with regard to the generation and the destruction of the thermal flow and collapse of the steam film by using the PIV method of visualisation. The effect of mechanical stirring of the quenchant on the steam film and heat transfer is also studied.