汽车齿轮高压气淬试验及气淬室的结构优化

由于齿轮等工件在进行高压气淬时,受多层工件储热影响较大并且风速逐层递减,导致位于气淬室内中心及底层区域工件冷却较慢,难以满足齿轮心部的硬度要求。使用流体仿真软件对汽车齿轮高压气淬过程进行模拟仿真,对气淬室及工件垛进行三维建模并进行结构化网格划分和仿真模拟,并对气淬室进行了结构优化。结果显示,经优化后进口的高压气流向中心区域聚拢,使中心区域的来流速度提高24%左右,并提高此区域的冷却速度。随后对高压气淬室进行改造,采用试验验证,结果表明此方法有效可行。     

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.     

真空高压气淬炉流场和温度场的数值模拟

建立了高压气淬过程的数值模型,对不同工艺参数下真空高压气淬炉内气体流场和工件温度场进行模拟和预测,得到淬火过程中工件的温度变化和特征点的冷却曲线。根据不同的工件形状和材料以及淬火气体压力进行计算,据此分析了工艺参数对工件冷却过程的影响。     

两种真空高压气淬炉淬火工艺的数值模拟及验证

对管道式和压入式真空高压气淬炉中实施的高压气淬工艺进行了数值模拟和实物验证试验。研究结果表明,在相同的冷却压力下,管道式真空高压气淬炉的冷却速度比压入式真空高压气淬炉快,小型工件更适宜在管道式真空高压气淬炉中进行淬火。     

细长轴类零件的真空高压气淬工艺

采用具有交替吹风功能的立式真空高压气淬炉(LZGQ80)对Cr12Mo1V1细长轴(长径比高达25～35)进行了气淬试验,研究了气淬工艺对工件表面温度分布的影响,以及工件表面温度分布对变形量的影响,为此类零件的淬火工艺研究奠定了基础。试验表明,交替吹风形式的真空高压气淬技术能够减小细长轴类零件的两端温差,改善温度分布,解决淬火均匀性和变形控制的问题。     

真空高压气淬炉气淬压力与电机功率的选配

本文以ZQL-180高压气淬炉为例,研究了不同结构喷嘴流场的均匀性;冷却风机作为气淬炉的关键核心部件之一,其功率的选型对工件冷却效果起到非常重要的作用;采用FLUENT软件数值模拟不同电机功率与气淬压力下工件的冷却效果,并结合实验结果,得到较为合理的工艺参数。     

高压气淬均匀性研究

高压气淬具有纯对流传热、易于控制、工件淬火后无需清洗和对环境影响小等优点。然而,典型的气淬设备显示出淬火料盘与工件之间的气流不均匀,导致工件的最终性能产生差异。业已发现,料盘的逆向气流布置是决定局部气流状态和热量传递的关键因素。尽管气流的主要部分在料盘与炉壁之间流动,对淬火过程不起作用,但是由料盘引起的流动阻力所产生的压降决定了淬火冷却强度。采用一种能较快收敛的多尺度模型对工业用高压气淬炉的内部流场进行了模拟,并通过速度测量和气流可视化技术对试验用淬火炉的内部气流进行了试验研究。最后,对圆柱体工件的双室真空炉淬火进行了模拟结果的验证,揭示了不同的逆向流速分布对淬火结果的影响。报道了多尺度模拟方法和流动过程的研究结果,并概述了对气淬工艺优化的指导性建议。     

热处理工艺对H13钢组织和力学性能的影响

比较了H13钢盐浴分级淬火、盐浴分级淬火＋200℃×2h回火、真空高压气淬和真空高压气淬＋200℃×2h回火后的力学性能,试验表明,H13钢真空高压气淬后的力学性能更为优良。这主要是因为H13钢盐浴分级淬火后,存在拉应力,而真空高压气淬后存在压应力;同时还与真空淬火具有脱气作用,残留奥氏体较多等因素有关。研究结果还表明分级淬火后应快速冷却,减少贝氏体量,增加马氏体转变量,抵消部分热应力,有利于减小模具的畸变和提高韧性。     

响应面法在气淬风道结构优化中的应用

本文采用Fluent软件,对含有工件的喷嘴型真空高压气淬炉中气固耦合流动传热过程进行了数值模拟。在此基础上,以喷嘴数量、喷嘴直径和风管数量作为设计变量,以淬火100 s后的温度和温度标准差最小化为目标函数,运用响应面法(Response surface methodology,RSM)建立拟合模型,对风道结构进行优化。结果表明:在气淬工艺参数和风机功率一定的情况下,喷嘴数量为4个,喷嘴直径为24 mm,风管数量为8个时,气淬效果最佳。     

新型双室式30千瓦真空炉的研制

l概述目前真空热处理技术得到相当迅速的发展，真空炉已商品化系列化。七十年代出现的负压气油淬真空炉在我国得到广泛的应用。八十年代初，国外采用增加气冷压力和提高气冷速度的方法来加快工件的冷却速度。出现了高压气淬真空炉和高流率气淬真空炉。八十年代中后期，国内也研制成功了高压气淬炉和高流率气淬真空炉，并开始应用于生产。双室油气淬炉也出现了正压炉、增加气冷室的压力、从而扩大炉子的使用范围。我所八十年代初设计研制的30千瓦真空炉属于负压双室油气淬真空炉。经我所多年使用和用户普遍反映，此炉子有许多不足之处。例如…     

工件气体淬火过程数值模拟

用计算流体力学(CFD)的方法对工件气体淬火过程进行了数值模拟,在FLUENT平台上建立了真空高压气淬炉的三维非稳态模型,模拟了炉膛内流场和工件温度场的分布,模拟了圆柱形单工件淬火过程气体类型、气体压力和速度对冷却速度的影响,并模拟了多工件淬火冷却过程,预测了炉内不同位置处工件的冷却曲线。将模拟结果与实验结果相比较,两者基本吻合,为气体淬火工艺的优化提供了理论依据。     

基于分段热边界的杆件连续淬火过程的数值模拟

提出了一种针对连续淬火过程数值模拟的分段热边界方法,并得出了模型分段判据。以30CrNi3MoV钢多孔杆件为例,采用MARC软件对其进行了水淬模拟,得到了温度场、应力场、组织分布比例与硬度场。模拟结果表明,分段热边界法较整体热边界淬火模拟更符合实际工况,且工件内部温度随入水深度的增加而降低,工件应力由工件前端向后端衰减;淬火后的表面硬度为51.9~53.7 HRC,心部硬度为36.8 HRC,其与工件实际淬火后的硬度差最大不超过10%;孔偏向中心的畸变量为0.18~0.20 mm,工件长度的畸变量为1.85 mm,孔和工件的畸变量相差在5%以内。该结果验证了分段热边界方法的准确性。     

Ti2AlNb合金高应变率下流动应力特征与本构关系

利用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆得到Ti_2AlNb合金准静态拉伸曲线及高应变率下动态压缩应力-应变曲线,观察分析变形后试样的微观组织,研究其高应变率下的流动应力特征。结果表明:在应变率2500～7500 s-1范围内,Ti_2AlNb合金的流动应力对应变率有较强的敏感性,且具有应变强化、应变率增强及增塑效应;应变率为5500、6500、7500s-1的3组试样中观察到了与加载方向约成45°的绝热剪切带。改进Johnson-Cook本构模型,拟合实验数据得到Ti_2AlNb合金室温下的动态塑性本构关系,与实验对比,改进后的模型能够较好地描述Ti_2AlNb合金在高应变率下的流动应力。     

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…     

基于H13钢水淬在线监测的热处理数值模拟优化

为准确预测厚度较厚的H13钢热处理过程中的温度场和淬火残余应力,对规格为φ300 mm×350mm的H13钢工件进行淬火实时温度监测,分别设置了位于芯部、亚表面(离外表面10 mm)、1/3R(离圆心50 mm)和2/3R(离圆心100 mm)处的监测点。考虑钢/水对流换热系数受沸腾条件和热辐射的影响,对对流换热系数h进行了优化。结果表明各个温度监测点的试验结果与计算结果相符,证明经过优化后的对流换热系数可应用于大截面尺寸工件温度场的预测。模拟工件淬火后的应力场并结合显微组织观察发现,淬火在750 s前后出现芯部、表面最大的拉压峰值应力差,证明大尺寸工件淬火存在淬火危险期。     

大长径比零件高压气淬温度场数值模拟

针对大长径比零件淬火均匀性和变形控制这一难点问题,采用数值模拟方法研究高压气淬技术对大长径比零件温度场的影响规律。结果表明,气体的淬火压力越大、流速越快、换热能力越强,工件冷却速度越快。采用上下交替吹风的静态交变流型不会对工件的冷速产生明显影响,但有利于改善温度场均匀性,且上下交替吹风时间间隔越短,工件的温度场越均匀。     

基于多场耦合模拟的齿毂高压气淬工艺设计

针对20CrMnTi齿毂高压气淬工艺设计的需求,建立了一套流场-温度场-组织场-应力应变场耦合模拟体系,能够实现对淬火气流与工件的同步耦合计算。利用该体系模拟了不同淬火气压和进气方式下的齿毂高压气淬过程,分析了不同工艺方案下齿毂的组织成分、硬度以及畸变,确定了2.0 MPa、下方单向进气的工艺方案,模拟结果满足齿毂性能要求。     

Multidisciplinary optimization of gas-quenching process

Distortion as a result of the quenching process is predominantly due to the thermal gradient and phase transformations within the component. Compared with traditional liquid quenching, the thermal boundary conditions during gas quenching are relatively simple to control. By adjusting the gas-quenching furnace pressure, the flow speed, or the spray nozzle configuration, the heat-transfer coefficients can be designed in terms of both the component geometry and the quenching time. The purpose of this research is to apply the optimization methodology to design the gas-quenching process. The design objective is to minimize the distortion caused by quenching. Constraints on the average surface hardness, and its distribution and residual stress are imposed. The heat-transfer coefficients are used as design variables. DEFORM-HT is used to predict material response during quenching. The response surface method is used to obtain the analytical models of the objective function and constraints in terms of the design variables. Once the response surfaces of the objective and constraints are obtained, they are used to search for the optimum heat-transfer coefficients. This process is then used instead of the finite-element analysis. A one-gear blank case study is used to demonstrate the optimization scheme.     

压铸模具钢大模块真空高压气淬冷却过程的数值模拟

以尺寸为500 mm×500 mm×500 mm的SDDVA模具钢大模块为研究对象,采用DEFORM建立模块真空气淬冷却过程的数值模型,结合试验研究了大模块在真空气淬炉中不同淬火压力条件下的冷却行为、组织演变及应力演变规律,并从理论角度预测了模块可生产的最大规格。结果表明,大模块心部在0.4、0.6和0.9 MPa压力条件下气淬,均观察到先共析碳化物沿晶析出。为了避免碳化物沿晶析出,从800℃冷却到500℃的冷速应不小于0.25℃/s。0.4 MPa压力条件下气淬过程中,模块最大心表温差最小,约为120℃;大模块心部在0.9 MPa压力条件下淬火所得马氏体含量高于0.4、0.6 MPa压力下淬火,同时,贝氏体含量也更少;模块表面和心部主要表现为热应力和组织应力。SDDVA钢模块在0.4、0.6和0.9 MPa压力条件下真空高压气淬可生产的理论最大厚度分别为280、320和380 mm。