Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金厚板淬火过程数值模拟

采用Simufact有限元分析软件,对4000 mm×720 mm×285 mm尺寸的Al-Zn-Mg-Cu新型高强铝合金厚板淬火过程进行了模拟分析。结果表明,淬火过程中厚板表面和心部存在很大的温度梯度,同时各部分温降速率不断变化,淬火26 s时表面平均温降速率由10.43℃/s急降至小于0.01℃/s,而心部温降速率则是缓慢减小。厚板残余应力,淬火初期表现为外拉内压,淬火后期则为外压内拉。淬火后,厚板表面最大残余压应力分量约为-175 MPa,心部最大残余拉应力分量约为199 MPa。     

7085铝合金自由锻厚板淬火-分段冷压残余应力演变规律研究

实验获得了7085铝合金自由锻厚板室温(25℃)浸没式淬火的表面热交换系数,其值随着金属表面温度的升高先增大后减小,并在183℃达到峰值8112 W/(m~2·℃),采用有限元模拟研究了分段重叠冷压方式削减淬火残余应力后的残余应力演变规律和冷压量削减淬火残余应力的效果。结果表明:降温过程中表面和心部最大温差可达298℃,其中心部温度降到350℃以下需要60 s;淬火后残余应力为心部受拉表面受压,拉应力最大值为248 MPa,压应力最大值为-221 MPa。对比分析了不同冷压量削减淬火残余应力的效果,得出分段重叠冷压法削减淬火残余应力的最优冷压量为1%。经过1%冷压后,厚板淬火残余应力明显降低,大部分应力分布在-50～50 MPa;冷压面区域有一定的高拉应力集中区,拉应力最高达116 MPa。     

Cr5锻钢支承辊最终热处理过程数值模拟

采用有限元数值模拟技术,建立了Cr5锻钢支承辊在最终热处理过程中的三维传热温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了Cr5锻钢支承辊在其最终热处理过程中的温度、组织和应力的分布与演化过程,分析了换热系数和回火保温温度等工艺参数对支承辊内部温度、组织和应力的影响。结果表明,在喷雾淬火过程中支承辊产生裂纹或开裂的可能性较小,但喷雾淬火结束后支承辊表层和心部温差较大,应进行回火处理;支承辊进入回火炉初期,其心部应力状态迅速由压应力转变为拉应力并急剧增大到峰值,心部的轴向拉应力可接近其对应节点温度下的抗拉强度,容易产生横向裂纹或开裂;提高回火保温温度能够有效降低心部拉应力,从而降低其发生淬火裂纹或开裂的几率。     

40Cr球销热处理数值模拟及实验验证

本文利用Deform-3d软件对40Cr球销的淬火过程进行了数值模拟,预测40Cr球销在淬火过程中的温度场、相变、应力场等的变化情况,并进行了实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明:淬火过程中,表面先到达马氏体转变点,心部最晚开始马氏体转变,球销基本淬透;在热应力和组织应力的综合作用下,淬火初期表面为拉应力,中期表现为压应力,淬火末期又转变为拉应力,心部应力的变化与表面正好相反。     

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.     

403不锈钢锻件的加热工艺

结合软件的二次开发,对403不锈钢锻件加热过程进行有限元数值模拟,研究结果发现:403不锈钢锻件同一位置,倒置入炉的加热温度明显高于正置入炉的加热温度,保温1. 5 h,表面同一位置的温度相差约20℃,而越靠近心部,相同位置的温度差别越小;工件正置随炉升温,淬火工艺保温时间1. 5 h不足以使锻件心部完成奥氏体化,有大量的铁素体和碳化物残留,心部的最低温度比完全奥氏体化温度760℃还约低70℃,将保温时间延长至3. 0 h,表面最高温度达到952℃,心部最低温度达到873℃,铁素体及碳化物完全转变为奥氏体;然而,当热处理炉温度达到970℃后,再把工件放入炉中加热7. 0 h,工件表面及心部温度达到964～970℃之间。在随炉加热过程中,锻件内的应力先增大后减小,入炉方式对Mises应力分布的影响较小。但工件随炉升温与热处理炉到温970℃后放入工件相比,后者的等效应力明显比前者的等效应力大,并且应力峰值出现的时间大幅度的提前。     

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。     

相变对22CrMo钢淬火应力影响的数值模拟

利用有限元法和热弹塑性理论,结合马氏体相变动力学方程,对22CrMo钢圆柱体试样在淬火过程中的温度场、组织场和应力场进行数值模拟分析,重点模拟分析了试样表面和心部在淬火过程中应力的变化及马氏体相变对淬火应力的影响。模拟发现,相变对淬火应力影响比较明显。在一定条件下,在油中淬火,组织应力对淬火应力分布的影响要远大于热应力的影响,最终试样的淬火残余应力将以表层为拉应力而心部为压应力的组织应力形式存在。通过对残余应力的测量结果表明,计算结果与实测值相吻合。     

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。     

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.