扩散焊接多层材料淬火过程的有限元分析

采用有限元方法模拟了TC4/V/Cu/Ni/GCr15焊后多层材料淬火过程中的温度及应力场,模拟中考虑了轴承钢中马氏体相变的影响.模拟结果表明:淬火过程中,中间层是应力最为集中的区域,钢中发生的马氏体相变起到了降低应力的作用;中间Cu层是剪切应力最为集中的区域;最大剪切应力出现在马氏体相变前铜层外表面处,是引起工件失效的主要原因;轴承钢层厚度的减小可以明显降低工件中最大剪切应力,但不能从根本上消除引起工件失效的危险因素.     

伞齿轮淬火变形的有限元模拟

针对伞齿轮渗碳后模压淬火过程,对伞齿轮进行了一定的简化,确定了材料的各项热物性参数和力学性能参数,考虑了马氏体转变的相变潜热,测定了淬火过程中的热膨胀系数,最终建立了伞齿轮淬火的有限元模型。利用ABAQUS/Standard计算了伞齿轮工件的温度场和应力场,分析了淬火过程中伞齿轮工件各个位置的温度变化规律和淬火变形规律。     

22CrMo钢渗碳淬火过程组织与应力变化的数值模拟

 根据描述渗碳过程的数学模型,利用有限差分法,对22CrMo钢圆柱体试样渗碳过程进行了数值模拟,得出渗碳层中碳浓度分布。基于渗碳模拟结果,根据描述淬火过程的数学模型,利用有限元法对试样淬火过程的温度场、组织场及应力场进行了数值模拟,分析了淬火过程中组织和内应力变化,及渗碳过程对淬火过程组织及应力变化的影响。对渗碳淬火后试样的组织进行了金相分析,并测量了表面和内部各点残余应力,计算值和测量值相吻合。     

铈对低合金超高强钢马氏体相变行为的影响

 为了研究稀土元素铈对低合金超高强钢马氏体相变组织及动力学过程的影响,制备了不含铈与铈质量分数为0.079 2%的两组对比试验用钢。采用OM、SEM和TEM分析了试验用钢的显微组织,并利用DIL805A淬火膨胀仪绘制了马氏体相变动力学曲线。研究结果表明,铈的添加细化了原奥氏体晶粒,平均晶粒尺寸由7.63减小到6.42 μm;细小的奥氏体晶粒使马氏体板条宽度得到细化,平均宽度由250减少到211 nm。此外,对于马氏体相变动力学,铈的添加使马氏体相变开始温度(M_s)由391降低到380 ℃;在马氏体相变前中期,铈阻碍了马氏体转变,在马氏体相变后期,铈促进了马氏体转变。     

Cu-Zn-Al合金中马氏体相变的动态观察

Cu70Zn26Al4合金中存在马氏体转变,高压电镜(1000kV)和分析电镜的观察表明,在室温下的平衡母相为β’相(DO_3型),有部份淬火马氏体、表面马氏体存在,还有少量的γ相。在相变过程内,样品中有微裂纹产生和扩展;在冷却实验中,马氏体以母相的(101)面为基面,新相结构为M12R+2H型,没有择优取向问题。在应力诱发马氏体相变中,马氏体以母相的(110)面为基面,新相结构为M18R,存在择优取向问题。在冷却实验中和应力诱发马氏体相变中,都存在β相的预转变,预马氏体的9R和12H衍射极大。在应力诱发马氏体相变中,预马氏体的出现与否与应力施加的速率有关。     

重轨轨头淬火应力场的计算机模拟

利用有限元法研究了重轨轨头在淬火过程中的应力场分布。模拟计算的过程中利用等效热容法处理相变潜热对温度场的影响,用等效线膨胀系数法处理相变引起的组织应力,同时考虑了材料的非线性参数对温度场的影响。研究结果表明温度的模拟结果与实测结果吻合较好,喷风淬火可以产生较小的残余热应力,避免了钢轨的变形和开裂。     

激光表面相变硬化处理提高GCr15轴承钢接触疲劳寿命

应用连续输出的千瓦级CO_2激光器对GCr15轴承钢推力片接触疲劳试样进行了表面相变硬化处理,激光束功率=700瓦,扫描速度=7毫米每秒,离焦量=325毫米,在最大接触应力σ_(max)=4410MPa下,使接触疲劳寿命L_(10)提高2.2倍,L_(50)提高1.6倍。用电镜和X射线方法研究了激光淬火层组织、马氏体碳含量、残余奥氏体量和残余应力等。结果表明,激光淬火的自回火使片状马氏体内析出了弥散细小的η-Fe_2C,马氏体碳含量增加很少,残余奥氏体增加了1.2％,淬火层深～0.40毫米内为残余压应力,在0.01～0.10毫米区域内,应力值稳定在-225MPa左右。     

热循环对粉末冶金Cu-14Al-4Ni马氏体相变点的影响

粉末冶金方法可成功地制取 Cu-14Al-4Ni(wt%)形状记忆合金。热循环使得粉末冶金法制得的 Cu-14Al-4Ni 形状记忆合金热弹性马氏体相变温度升高,最后趋于稳定。淬火速率越大,热循环过程中热弹性马氏体相变的稳定性越差。同样的淬火速率,热循环上限温度越高,随热循环次数增加相变温度变化越大。粉末冶金方法制取的本合金经空冷后有较好的热循环稳定性。本文提出了用应力弛豫假说来解释热循环对马氏体相变温度的影响。     

冷却速率对T91钢相变过程及组织的影响

利用DIL805A/D高精度差分膨胀仪,通过线膨胀行为测量获得相关动力学信息,结合冷却后的组织特征,研究了T91钢不同冷却速度(2～6000℃/min)下过冷奥氏体的相变过程和产物,确定了该钢组织转变的临界冷却速度以及淬火速率对马氏体转变点及组织的影响,绘制了连续冷却转变曲线。研究表明:T91钢的连续冷却过程中只存在铁素体和马氏体转变区,10℃/min为马氏体转变的临界冷却速度。不同淬火速率对T91钢马氏体开始转变温度有较大的影响,它不同于随冷速增加而相变点升高的经典理论。淬火速率通过碳原子气团、内应力的形成来影响过冷奥氏体状态,从而影响相变点;随淬火速度的增加,过冷奥氏体转变后的组织呈细化趋势。     

30CrMo钢大直径厚壁压力气瓶淬火过程数值模拟

 采用有限元数值模拟技术,建立了30CrMo钢大直径厚壁压力气瓶在淬火过程中内部温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了气瓶在槽内浸水与内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水2种淬火工艺下的温度、组织及应力的分布与演化规律。数值模拟研究结果表明,在槽内浸水淬火冷却过程中,气瓶瓶体内外表面温度差异较大,存在较大温度梯度,气瓶在淬火过程中的应力峰值较大,容易引起气瓶发生较大变形,且瓶体不能完全淬透,马氏体转变量较少;气瓶内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水淬火工艺可使气瓶的内外表面冷却强度更加合理,进而降低其内外表面的温度梯度,减小其淬火应力峰值,消除其淬火变形,改善其组织分布,从而保证瓶体组织和硬度的均匀性。     

P110级石油套管淬火组织形态对残余应力的影响

以降低P110级石油套管淬火冷却过程中的热应力和组织应力为目的,提出了水淬+空冷和水淬+空冷+水淬两种冷却方式。利用逐层钻孔法测试了不同工艺下的残余应力,分析了淬火组织特征和残余应力对裂纹产生和扩展的影响。结果表明:直接淬火工艺的淬火组织为板条马氏体和孪晶马氏体共存,且孪晶马氏体的含量较多。水淬+空冷和水淬+空冷+水淬两种工艺的淬火组织为板条马氏体、下贝氏体和不同程度的残余奥氏体,水淬+空冷+水淬工艺中还有少量孪晶马氏体。水淬+空冷、水淬+空冷+水淬两种冷却方式和直接淬火工艺相比,钢管内的切向和轴向残余应力均减小,从而易减小钢管的变形,以及降低和缓解了钢管内微裂纹的产生和扩展趋势。     

Q&P钢在冷却过程中铁素体的相变规律

 为了研究冷却过程中Q&P钢(quenching and partition steel)铁素体的相变规律,在热膨胀仪上以846 ℃均热200 s为冷却的初始条件,检测了成分(质量分数)为0.2%C、1.25%Si、2.0%Mn的Q&P钢在不同冷却速率下铁素体的相变热膨胀数据,应用杠杆定律将数据处理为相变规律与温度的关系,通过光学显微镜检测热处理后金相中的铁素体相体积分数和铁素体晶粒尺寸,得出了饱和位置形核条件下铁素体的形核率,基于混合控制模型得出了铁素体相变的相界迁移速率。结合相变开始温度,利用混合控制模型计算了相变结束温度和铁素体晶粒尺寸在相变过程中的演变规律,铁素体晶粒尺寸计算值与实测值吻合程度较高,相变结束温度的计算值与实测值的误差在±15 ℃以内,所获得的铁素体相变规律可以用于控制Q&P钢在冷却过程中的铁素体相变体积分数。     

Microstructural evolution of 405 stainless steel under high temperature

The ferrite-to-austenite phase transformation temperature of SA240-405 stainless steel was measured using the thermodilatometry method and calculated using Thermo-Calc. In addition,the effect of temperature and the soaking time on the microstructural evolution was investigated for various quenching and tempering treatments. The results indicated that the ferrite-to-austenite transformation of this steel started between 795 ℃and 832 ℃ and finished between 910 ℃ and 925 ℃. W hen the specimens were annealed above 1050 ℃,the austenite gradually transformed into ferrite; consequently,the content of as-quenched martensite decreased with increasing temperature. M oreover,when the specimens were quenched between 950 ℃ and 980 ℃,a microstructure of duplex phases comprising ferrite and martensite was obtained. Relatively high B-scale of Rockwell hardness( HRB) values were observed for quenching times of 30-60 minutes; then,the hardness gradually decreased with increasing quenching time. Tempering at 730 ℃ resulted in ferrite and tempered martensite,and no obvious residual austenite was observed. In addition,the hardness gradually decreased with increasing tempering time.     

GCr15轴承钢双淬火对组织性能影响

 为了提高GCr15轴承钢强韧性,设计了一种GCr15轴承钢双淬火工艺,与常规热处理工艺对比研究发现,采用双淬火工艺处理的GCr15轴承抗拉强度从2 139.5 MPa提高到2 654.5 MPa,旋转弯曲中值疲劳强度从1 000 MPa提高到1 029 MPa。对基体组织定性表征发现,2种热处理后的组织均为针状马氏体,通过定量计算发现,残余奥氏体体积分数从8.33%增加至11.26%,同时位错密度由2.45×1012/cm2增加至3.09×1012/cm2。利用扫描电镜对旋弯断口夹杂物成分分析发现,双淬火处理工艺不改变夹杂物的尺寸、数量和类型。通过微观组织结构与力学性能关系分析发现,双淬火导致抗拉强度、伸长率和高周疲劳强度提升主要归因于缓慢的残余奥氏体TRIP效应以及细晶化带来的变形均匀性。通过微观组织结构与疲劳性能关系分析,发现双淬火引起的低周次疲劳强度降低和高周次疲劳强度提高主要归因于不同疲劳周次下残余奥氏体转变速率不同。快速奥氏体转变导致低周次应力集中增大而疲劳强度降低。相反,高周次的奥氏体TRIP缓解了应力集中,提高了疲劳强度。     

405不锈钢高温组织转变研究

通过热膨胀法以及Thermo-Calc热力学计算软件对SA240-405不锈钢铁素体向奥氏体转变的温度进行了测量和计算。进一步结合淬火与回火热处理,分析了405不锈钢在高温下组织随温度与时间的变化关系。研究结果表明,405不锈钢铁素体向奥氏体开始转变的温度为795~832℃,转变终了温度为910~925℃。温度高于1 050℃,随温度升高,奥氏体逐渐向铁素体转变,淬火后的马氏体含量降低。在950及980℃淬火,得到的组织为马氏体与铁素体的双相组织,淬火时间为30~60 min得到的硬度较高;进一步延长淬火时间,硬度逐渐降低。在730℃回火后得到的组织为铁素体与回火马氏体,无明显残余奥氏体,回火后组织的硬度随时间延长逐渐降低。     

调质热处理对55NiCrMoV7模具钢组织与力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、硬度测试、Ⅴ型冲击实验和单向拉伸实验结合有限元建模仿真,研究了55NiCrMoV7模具钢在不同淬火温度(790～910℃)、回火温度(100～650℃)下的微观组织演化和力学性能的变化规律.结果表明,随着淬火温度升高,球状碳化物逐渐溶解到马氏体基体中,马氏体组织不断长大、粗化,残余奥氏体逐渐增多...     

高压热处理诱导工业纯铁马氏体相变

 为了研究高压下马氏体组织形态特征及高压淬火马氏体相变机制,利用CS-1V型六面顶高压设备、在3、4和5 GPa高压下对工业纯铁进行热处理,利用SEM、EBSD等分析手段研究了高压淬火对工业纯铁马氏体组织形态及力学性能的影响。结果表明,GPa级高压下奥氏体化后,工业纯铁以6 ℃/s冷却速率就能淬火获得马氏体。3 GPa下,工业纯铁淬火马氏体呈现典型的低碳马氏体组织形貌;4 GPa下,其板条马氏体形成过程与典型的片状马氏体类似,先形成的板条束贯穿整个奥氏体晶粒并将其分割,后形成的板条束尺寸大小受限;5 GPa下,以协作方式通过母相转变为马氏体的“协作方阵”数量多、尺寸小、整齐性高,并多呈“梯形”生长。5 GPa下淬火工业纯铁的力学性能接近常压下淬火的0.2%C钢水平,硬度达415HV,屈服强度达700 MPa。     

Nb对2000 MPa桥索钢再加热过程中组织变化的影响

针对不同Nb含量的2种桥索钢,采用热膨胀仪、光学显微镜、扫描电子显微镜和硬度测试仪对其在箱式电阻炉连续加热过程中的组织演变和水冷淬火后的硬度进行了对比分析。结果表明:Nb元素可以细化桥索钢的原始组织,使其存在大量的铁素体和渗碳体的晶界,在连续加热过程中的开始阶段提供更多的奥氏体形核位置,使得奥氏体逆共析转变的起始温度降低,而终了温度升高,逆共析转变区域增大。同时,Nb元素形成的碳化物在加热阶段对奥氏体晶粒的长大具有拖拽作用,降低桥索钢在奥氏体形核后的长大速度,使得淬火后得到马氏体的硬度值降低,因此需要较高的温度来溶解合金碳化物使桥索钢充分奥氏体化。