采用CCT和TTT曲线预测感应淬火硬化层组织和硬度

基于不同奥氏体化温度和组织含量的45、40Cr和42Cr Mo钢的CCT和TTT曲线,建立了轴感应淬火过程物理模型,用于预测钢感应淬火淬硬层深度、组织及硬度。结果表明:CCT和TTT曲线物理模型的模拟结果相一致,并与Maynier模型的预测结果和轴感应淬火处理的实测结果相吻合。钢的奥氏体化温度、合金元素含量增加,则相应增加感应淬硬层深度,改变了轴径向的组织和硬度分布,钢中含碳量变化使感应淬火的具有相同主要组织含量位置的硬度波动,主要组织含量和相应硬度计算值的误差在0%~5%内波动,表明采用CCT和TTT曲线预测钢感应淬火淬硬层组织硬度具有普适性。     

55CrMo钢感应淬火工艺的数值模拟及工艺优化

借助工艺实验和数值模拟技术,优化了55Cr Mo钢精密滚珠丝杠感应加热及冷却工艺参数,改善了丝杠感应淬火后的淬硬层分布。构建了丝杠单感应圈加热的有限元模型,通过数值模拟得到了单感应圈加热时沟道区域的温度曲线。数值模拟结果表明:沟道区域的温度场分布不合理是导致淬硬层分布不合理的主要原因。针对单感应圈感应淬火工艺的不足,提出了双感应圈加热工艺。数值模拟结果表明,采用双感应圈加热工艺、喷水冷却带宽度为40 mm时,可保证丝杠沟道顶部的淬硬层深度约为6.2 mm,沟道底部的淬硬层深度约为3.0 mm。工艺实验结果表明,丝杠沟道区域的淬硬层分布得到较大的改善,数值模拟结果与工艺实验结果吻合得较好。     

感应淬火硬化层深度的预测方法及其精度探讨

建立了模拟感应淬火过程的物理模型并合理划区、加载相应的材料物性参数,分析了感应淬火工艺参数变化对模拟结果的影响,得到了模拟计算时相应的计算参数确定原则。感应淬火淬硬层深度的预测采用了五种预测方法进行计算预测,给出了零件感应淬火淬硬层深度预测值的相应误差,针对五种预测方法的特点,提出了零件感应淬火淬硬层深度的预测方法组合联动处理思路。     

42CrMo钢驱动轮轴的感应热处理工艺

利用GCK10150感应淬火机床（KGPS250/8000电源）和自主研发设计的感应器对某型号大轮拖拉机（≥160马力）42CrMo钢驱动轮轴进行表面淬火工艺试验,借助磁粉探伤仪、洛氏硬度计、金相显微镜和静扭试验机对感应淬火后的42CrMo钢驱动轮轴的组织与性能进行了分析。结果表明,42CrMo钢驱动轮轴感应淬火后的淬硬层深满足花键根部3.25～8.25 mm、光轴表面7～12 mm、键槽≥2 mm,硬度满足淬火硬度52～57 HRC、调质硬度262~302 HBW,并且淬硬层连续,同时零件表面不存在烧伤、裂纹等缺陷。42CrMo钢经基体调质+感应淬火+200 ℃×2 h回火后的抗扭性能最高。     

42CrMo钢驱动轮轴的感应热处理

利用GCK10150感应淬火机床(KGPS250/8000电源)和自主研发设计的感应器对某型号大轮拖拉机(≥160马力)42Cr Mo钢驱动轮轴进行表面淬火工艺试验,借助磁粉探伤仪、洛氏硬度计、金相显微镜和静扭试验机对感应淬火后的42Cr Mo钢驱动轮轴的组织与性能进行了分析。结果表明,42Cr Mo钢驱动轮轴感应淬火后的淬硬层深满足花键根部3.25~8.25 mm、光轴表面7~12 mm、键槽≥2 mm,硬度满足淬火硬度52~57 HRC、调质硬度262~302 HBW,并且淬硬层连续,同时零件表面不存在烧伤、裂纹等缺陷。42Cr Mo钢经调质+感应淬火+200℃×2 h回火后的抗扭性能最高。     

45钢光轴连续感应淬火过程的数值模拟

建立45钢无限长轴对称工件连续感应淬火过程的二维物理模型,并进行温度场的数值模拟。根据连续感应淬火过程中温度场的分布给出了判断淬硬层深度的依据,并结合Maynier组织预测模型与硬度公式计算出工件不同深度处的硬度值进行验证。结果表明,可根据工件感应加热区域进入喷水冷却时刻的径向温度分布曲线来预测连续感应淬火最终淬硬层深度。根据这一结论,可以用所建立的有限元模型对连续感应淬火工件淬硬层深度进行预测。     

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。     

轴承套圈的中频感应加热淬火

试验了GCr15钢轴承套圈的中频感应加热淬火工艺,确定了中频感应加热淬火的各种参数和加热时间。结果表明,淬火后硬度达到62～65HRC,淬硬层深度＞2．5mm,能满足生产技术要求。     

轮毂轴承内法兰盘淬火工艺优化

对55钢轮毂轴承内法兰盘感应加热淬火工艺进行了试验优化,研究了淬火液浓度、电流频率、功率时间比、淬火液流量等因素对淬硬层表面硬度和组织的影响。结果表明,随着淬火液浓度的降低和加热功率的增加,淬硬层表面硬度逐渐升高,在一定范围内,淬火液流量和淬火频率对淬硬层表面硬度影响不显著。淬火液浓度过低会导致淬火开裂风险增加,加热功率升高会导致淬硬层表面马氏体粗大。淬火液浓度5%,加热功率169 kW,加热时间5. 6 s,淬火频率15 kHz,淬火液流量80 L/min为最优工艺参数。     

H13钢激光淬火工艺优化及组织性能

采用激光淬火对H13钢表面进行强化处理,通过正交试验中的极差分析进行淬火工艺优化,研究了最佳工艺参数下试样的硬度和摩擦磨损性能,并对激光淬火表面进行物相组成分析和显微组织观察。结果表明,最佳激光淬火工艺参数为激光功率600 W,扫描速度6 mm/s,搭接率为20%,该工艺下H13钢淬硬层的平均硬度为774 HV0.1,约为基体的3倍,淬硬层深度为0.87 mm,摩擦因数和磨损量约为0.367和0.0015 g,分别较基体下降了50%和60.5%。淬硬层主要为板条状和针状的混合马氏体,还有残留奥氏体和少量渗碳体。     

钢板连续移动感应淬火温度场数值模拟及实验研究

目的 通过数值模拟,研究电源频率、电流密度、钢板移动速度对感应淬火过程中钢板温度场的影响规律,为实际应用中的参数选取提供参考。方法 利用ANSYS APDL语言建立钢板连续移动感应淬火过程的有限元计算模型,对不同工艺参数下的钢板温度场进行数值模拟。以优化后的工艺参数对20 mm厚的40Cr钢板进行感应淬火实验,利用热电偶对钢板关键点温度进行测量,通过金相显微镜和显微硬度计对淬火后的钢板进行微观组织和硬度分析。结果 钢板关键点温度计算结果与测量结果的最大误差率约为4%,表明该模型具有较高的计算精度。不同工艺参数下钢板温度场的分析结果表明：电源频率越高,电流密度越大,则加热速度越快,且随着电源频率的升高,高温区深度先增大后减小;而电流密度越大,钢板移动速度越慢,则高温区深度越大。钢板淬火后,其厚度方向上的微观组织基本上分为三个区：相变硬化区、热影响过渡区和未相变区。相变硬化区组织为细小的针状马氏体,最高硬度达700HV,淬硬层深度约6 mm;热影响过渡区中马氏体逐渐减少;未相变区仍保持原始珠光体和铁素体组织。结论 模拟计算结果与实验结果基本吻合,可用来指导实际应用中的参数选取。     

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。     

搭接量对激光淬火9Cr2钢硬度的影响

用3 kW连续CO2激光器对矫直圈用9Cr2钢,在功率2.2 kW和扫描速度800 mm/m in条件下进行搭接量分别为1、2、3、4 mm的激光表面淬火。用金相显微镜、扫描电子显微镜以及显微硬度计,分析9Cr2钢激光表面淬火后的硬化层分布和剖面硬度均匀性。结果表明,9Cr2钢激光淬火后硬化层分布形状为部分搭接的两月牙形,搭接处硬化层深度随着搭接量的增大而增加,在第二道激光扫描带对第一道激光扫描带热影响区出现硬度下降区域,且随着搭接量的增大硬度下降趋势减弱。     

过丝辊激光表面淬火

用连续波CO2激光束对4Cr13不锈钢过丝辊进行激光表面淬火。研究了淬火层的显微组织及硬度分布，探讨了用激光表面淬火技术替代传统的热喷涂处理的可能性。结果表明，激光表面淬火硬化层的硬度和硬度深度均可达到甚至超过热喷涂涂层的硬度和硬度深化，用激光表面淬火技术替代传统的热喷涂对过丝辊进行表面强化处理是可行的。     

汽车重载齿轮的体积-表面淬火新工艺

研发了用于处理低淬透性钢齿轮的仿形体积-表面感应淬火新工艺。与经渗碳、淬火处理的20CrNi3A钢齿轮相比,两者的表面硬度相当,前者硬化层深度为2~4 mm,是后者的1.5~2.0倍,而心部硬度则比后者低2~6 HRC。仿形体积-表面感应淬火的主要工艺参数为:感应加热的比功率≤10 kW/kg,加热速度4~8℃/s。通过调节淬火剂量以1000℃/s的速度和±0.1 s的精度冷却后,经仿形体积-表面感应淬火的齿轮所有表面的硬度均可达58~63 HRC。     

感应淬火对半轴用非调质钢高周疲劳性能的影响

利用旋转弯曲疲劳试验方法对比研究了一种半轴用铁素体+珠光体型非调质钢感应淬火前后高周疲劳性能的变化。结果表明,试验钢试样感应淬火后表层形成了厚度约1.2 mm、平均显微硬度约650 HV0.3的马氏体组织淬硬层。该淬硬层具有较高的残余压应力和十分细小的原奥氏体晶粒。感应淬火处理后,试验钢的疲劳耐久极限从420 MPa提高到716 MPa。疲劳断口的SEM观察表明,未经感应淬火试样的疲劳裂纹均起源于试样的表面基体,而经表面感应淬火后的疲劳裂纹则起裂于淬硬层边界附近的内部基体。     

钢件感应淬火后淬硬层分布的计算机模拟预测及实验验证

利用梅尼尔组织预测预报数值模拟模型，采用自编程序，对钢件感应淬火后淬硬层组织及其含量分布情况进行计算机模拟预测，并进行了实验验证。结果表明，模拟结果与实验结果比较吻合，具有一定的可靠性，说明梅尼尔模型也可用于对感应淬火工艺下零件淬硬层分布及组织含量的模拟预报。     

钢件感应淬火后淬硬层分布的计算机模拟预测及实验验证

利用梅尼尔组织预测预报数值模拟模型,采用自编程序,对钢件感应淬火后淬硬层组织及其含量分布情况进行计算机模拟预测,并进行了实验验证。结果表明,模拟结果与实验结果比较吻合,具有一定的可靠性, 说明梅尼尔模型也可用于对感应淬火工艺下零件淬硬层分布及组织含量的模拟预报。     

感应淬火对Cr12MoV钢轧辊硬度和硬化层深度的影响

针对Cr12MoV钢轧辊感应淬火易开裂及硬化层深度的问题,研究了预热温度、淬火加热温度、感应圈移动速度和电源频率对Cr12MoV钢轧辊的硬度、开裂和硬化层深度的影响,探索了Cr12MoV钢轧辊具备高硬度不开裂及厚硬化层的方法。结果表明,Cr12MoV钢轧辊调质态硬度低于32 HRC与预热温度高于450 ℃时,能避免淬火开裂;随着感应淬火温度或感应圈移动速度提高,淬火Cr12MoV钢轧辊硬度出现先升高后降低的趋势,但无法明显影响硬化层深度;而随着感应电源频率降低,淬火Cr12MoV钢轧辊硬化层深度明显增加,但对淬火件硬度影响较小。     

感应淬火对42CrMo钢曲轴连杆轴颈组织性能的影响

采用OM、SEM、X射线应力分析、力学性能测试等手段,分析了感应淬火处理对42CrMo钢曲轴连杆轴颈截面组织和残余应力的影响,探讨了不同淬火功率对淬硬层形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,42CrMo钢曲轴连杆轴颈截面由淬硬层、过渡层和基体3部分组成,淬硬层组织为均匀细小的马氏体,过渡层组织为马氏体和回火索氏体的混合组织,基体组织为回火索氏体。经感应淬火处理,42CrMo钢曲轴连杆轴颈表面残余应力由拉应力变为压应力,随着感应淬火功率的增加,淬硬层深度增加,组织不断细化,当感应淬火功率为2500 W,组织最为均匀细小,表面硬度达到了751.3 HV0.1,耐磨性大幅提升;但是淬火功率过高会导致组织粗化,当感应淬火功率为2600 W时,组织有所粗化,硬度也有所降低。