P110钢级石油套管淬火冷却工艺研究

采用有限元法模拟了P110石油套管热处理淬火冷却过程,得到了钢管在壁厚方向的冷却曲线,并结合其CCT曲线分析了淬火冷却的最优化工艺.通过现场测温和对淬火组织照片的观察分析,验证了本模型的正确性.     

P110级石油套管淬火裂纹分析

采用显微组织观察和SEM分析研究了P110级石油套管热处理裂纹,分析了裂纹的形貌特征、产生原因及形成机理,提出了合理的改进措施.结果表明,热处理裂纹的产生与硫化物、氧化物和硅酸盐夹杂物的存在以及淬火应力有关.通过控制硫的含量、避免产生Fe-FeS和FeS-FeO共晶产物和成分偏析,改善淬火工艺,以减小淬火应力,能有效地减少热处理裂纹的产生.     

淬火过程温度场的三维有限元模拟

建立了淬火过程三维温度场的非线性瞬态数学模型,考虑了材料非线性、边界条件非线性以及相变潜热等多种因素的影响,并用C 语言编写了相应的有限元模拟软件.选择了一个有解析解的算例,用其结果以及ANSYS模拟结果与本文中有限元模拟程序求得的结果进行了比较,发现三者计算结果吻合较好,从而验证了本文所开发的温度场有限元模拟程序的可行性.     

中厚板无约束淬火冷却过程温度场有限元模拟

针对中厚钢板无约束淬火冷却过程温度场变化情况,建立了钢板冷却二维传热过程数学模型,采用有限元分析方法,对钢板二维温度场进行了数值模拟,得到钢板在空冷-水冷-空冷返红条件下的温度-时间曲线、瞬态温度场分布、上表面与中心温差-时间曲线及上、下表面温差-时间曲线,为中厚钢板淬火冷却温度预测和控制提供了依据,为制定合理的淬火工艺提供了有力的指导。     

中厚板无约束淬火冷却过程温度场有限元模拟

针对中厚钢板无约束淬火冷却过程温度场变化情况，建立了钢板冷却二维传热过程数学模型．采用有限元分析方法，对钢板二维温度场进行了数值模拟，得到钢板在空冷-水冷-空冷返红条件下的温度-时间曲线、瞬态温度场分布、上表面与中心温差-时间曲线及上、下表面温差-时间曲线，为中厚钢板淬火冷却温度预测和控制提供了依据，为制定合理的淬火工艺提供了有力的指导。     

P110石油套管缺陷分析

采用屁微组织观察和SEM分析研究了P110石油套管热处理后的缺陷,通过分析缺陷产生环节、原因,对缺陷进行了分类.第一类外折缺陷并不是在热处理过程中产生的,而是产生在穿孔及轧制过程中:第二类淬火裂纹缺陷的产生与硫化物的形成以及淬火应力有关.可以通过控制硫的含量、避免产生共晶硫化物,改善其分布状态,改善淬火工艺以减小淬火应力来消除.     

基于ANSYS耦合场的轴类零件高频感应淬火研究

利用有限元分析软件ANSYS对45钢制轴类零件的感应加热过程进行了电磁/热耦合场的模拟分析,得到高频频率范围内的感应电流透入深度,推测出不同频率对应的淬硬层深度,并给出了工件截面节点温度随淬火时间的变化情况。最后与实际生产数据进行了分析比较,验证了模拟结果的可靠性。     

淬火纵向裂纹的有限元模拟

淬火纵向裂纹在热处理工业中十分常见。本工作结合实验和有限元模拟的方法对16 mm直径的42CrMo圆柱件在不同的淬火介质(清水、油、盐水单液淬火和清水-油双液淬火)及淬火工艺下的淬火开裂现象进行了研究。经过清水淬火后的圆柱件均出现了纵向裂纹,但经油、盐水和清水-油双液淬火后的试样均未出现裂纹。通过有限元方法对以上不同淬火工艺的淬火应力进行了计算,根据计算结果对全淬透淬火件的淬火应力分布进行了分析。残余应力计算结果表明,42CrMo圆柱件在清水中淬火开裂的原因是由其表面较高的拉应力引起;经盐水淬火后的试样表面应力状态为压应力,其对淬火开裂的预防具有有益作用。基于淬火开裂实验和热应力及相变应力的计算结果,提出了两种预防全淬透件纵向开裂的方法。通过分析样品在清水淬火时的瞬时应力,对淬火开裂时的时间进行了估计。     

高碳钢铁路车轮新型热处理冷却工艺有限元模拟

针对非珠光体层十分突出的高碳钢重载车轮,基于MSC.Marc和Thermal Prophet建立了踏面淬火(CVQ)与复合淬火(CPQ)的有限元数值模型,对比分析了两种冷却方式对车轮热处理温度场及组织性能的影响,并进行了实物验证.结果表明:模拟计算结果与实物验证结果吻合较好.自踏面向下,CVQ车轮的温度梯度、组织梯度及强硬度梯度显著,其踏面近表层的非珠光体层深约15 mm,为马氏体(M)、贝氏体(B)及其混合组织.CPQ工艺能有效控制或基本消除非珠光体层,优化了轮辋全截面显微组织,强硬度梯度合理,并在踏面次表层一定深度范围内形成局部的强硬度极大值区,使该区域的强硬度较CVQ车轮略有提高.     

基于ANSYS的铸嘴流体耦合场三维有限元仿真分析

采用大型通用有限元分析软件ANSYS对铸嘴内稳态层流铝熔体进行仿真分析，实现了三维建模，解决了三维热-流耦合场耦合求解的问题，得到铝流体的速度、压力及温度的分布图，分析了铸嘴出口速度和温度的分布规律及其对连续铸轧的影响。     

淬火过程中温度、组织及应力/应变的有限元模拟

为了找到淬火过程中零件产生不规则扭曲变形的原因,选择了H型截面零件为研究对象,建立了相应的有限元分析模型,利用自开发的淬火过程有限元模拟软件对温度、组织和应力/应变进行了耦合分析.通过有限元模拟,得到了温度变化、相变及相变塑性对残余应力及淬火变形的影响,给出了零件内部弹性区及塑性区的演变过程.分析结果表明:零件在淬火过程中经历"弹性-塑性-弹性-塑性-弹性"的演变过程;在淬火过程中,相变塑性导致零件发生不均匀、无规律的扭曲变形.     

热镦圆柱体淬火过程温度场的有限元解析

采用有限元方法 ,解析热镦圆柱体在淬火过程中的温度场。为了研究热镦圆柱体高温变形后的组织 ,常采用从试样上表面喷水冷却的淬火方法来确定冷却速度 ,因此有必要对该非完全轴对称温度场进行研究。采用FORTRAN语言编制有限元程序 ,并应用ORIGIN软件绘制温度等值曲线。通过热模拟实验实测 ,表明计算结果与实测值相符合。     

钢基表面热喷镍冷却过程中热力耦合场的三维有限元分析

以某钢基表面热喷镍工艺为例,对凝固冷却过程进行了简化和合理假设,基于ANSYS平台,建立了热力耦合场的三维有限元模型并进行了求解,获得了应力场和温度场分布规律,分析了涂层上某些关键点的温度和应力随时间变化的情况,讨论了涂层厚度对涂层/基体界面应力的影响.结果表明,凝固冷却时,涂层温度场沿中心向外边缘逐渐降低,随时间延长呈下降趋势;基体温度场随时间的变化呈先增加后降低趋势;涂层主要承受残余压应力,随涂层厚度增加,残余应力呈增大趋势.     

淬火过程应力/应变场有限元模拟关键技术研究

针对淬火过程应力/应变场的特点,给出了淬火过程弹性区、塑性区的应力应变关系。根据淬火过程热物性参数及组织转变的特点,给出了处于弹性区和塑性区的单元应变增量表达式,及热应变、相变应变、相变塑性等初应变的计算方法。给出了热弹塑性问题有限元变分方程、变分方程右端列向量的计算方法及适用于淬火过程的迭代收敛准则。编写了淬火过程有限元模拟程序,并用该程序模拟了圆柱试样的淬火过程,将模拟所得结果与实验结果相比较可以看出,模拟结果与实验结果吻合较好。     

淬火工艺对大口径石油套管组织与性能的影响

对热轧25MnV钢石油套管进行了不同工艺的淬火热处理试验,通过组织观察和力学性能测试等手段,对比研究了直接淬水冷却至室温和水-空-水交替淬火两种工艺对合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:水-空-水交替淬火可有效减缓石油套管的淬火内应力,所得马氏体+下贝氏体的复相组织可降低淬火裂纹产生和扩展的趋势,提高了石油套管的使用安全性。经590℃×65 min回火后,套管的抗拉强度达到932 MPa,屈服强度为870 MPa,横向冲击功高达55 J,综合力学性能远远超过当前的调质态套管,分析认为这归功于复相组织中微细孪晶马氏体的减少以及部分下贝氏体和少量残留奥氏体等二次析出相的综合作用。     

热带钢粗轧机组温度场有限元模拟

针对宝钢2050mm热轧带钢粗轧机组的轧制工艺条件，采用有限元法建立了热应力耦合二维温度场有限元仿真模型，并模拟了全过程。给出了带钢沿厚度方向各处温度随时间的变化曲线，得出了高压水除鳞、接触传热对板材温度场的影响模型。同时给出了各道次轧制力计算结果。模拟得到的粗轧段出口温度及轧制力与宝钢现场实测数据值相吻合。     

轧辊堆焊温度场的动态有限元模拟

利用有限元软件对轧辊堆焊温度场进行数值模拟.在模拟过程中,实现焊接移动热源的施加,较好地模拟了焊接电弧移动加热过程以及整个温度场的瞬态变化,考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系,并以70Cr3Mo的堆焊为例进行了实例计算,计算结果与实测结果相吻合.     

淬火工艺有限元模拟中弹塑性比例系数的计算方法

淬火过程是一个温度、相变、应力应变相互影响的材料非线性过程。根据淬火过程的特点,提出了一种新的计算弹塑性比例系数的方法,使用该方法可以求解过渡单元的弹塑性比。在模拟过程中,为了提高计算精度、减少计算时间,提出了两种加速弹塑性比例系数收敛的方法:弹性逼近法和插值方法。应用弹性逼近法和插值方法对无相变冷却过程和有相变冷却过程进行有限元模拟,将模拟所得应力变化曲线与实验结果相比较。结果表明,弹性逼近法和插值方法可以显著减少弹塑性比例系数的迭代次数,计算得到的应力值与实验结果吻合较好。     

异种材料淬火过程的有限元模拟

钛合金扩散焊接轴承钢材料由于含有钒、铜、镍中间层,在淬火过程中容易从多层材料界面处开裂.因此利用纳米显微力学探针测量了材料的弹性模量,然后采用ANSYS有限元软件对淬火中钛合金焊接轴承钢材料进行了有限元(FEM)模拟,根据得到的温度场以及应力场分布,找出了容易诱发界面处产生裂纹的原因.模拟表明淬火初期由于整体材料发生收缩而引起整体热应力的增加,淬火后期由于轴承钢发生马氏体相变,轴承钢体积开始膨胀,组织应力相应增加,抵消了一部分热应力的值,最终部件的残余应力是这两种应力共同作用的结果.高的淬火温度,增加了淬火过程中试件内部的应力值,容易引起过渡层处产生微裂纹从而导致局部开裂,因此,合适的淬火温度应取在830～860℃范围内且尽可能取偏其下限.