热处理数值模拟工程应用的一些尝试

介绍了125MN挤压机主柱塞差温加热过程模拟、高压气淬过程流场均匀性模拟、渗氮炉虚拟设计、大型模块淬火虚拟生产等热处理数值模拟工程应用的实例,说明了热处理数值模拟已具备工程应用的价值.但热处理数值模拟还很不成熟,必须通过试验验证和修正,必须注意到数值模拟精度还相当差的特点,在应用中考虑足够的宽容度.     

我国热处理计算机模拟研究与应用的进展

本文介绍中国开展热处理数学模型与计算机模拟技术的研究与工业应用的情况。包括三维有限元分析、非线性问题处理、温度──相变应力／应变的耦合。界面换热的理论与测试方法,强瞬态导热的非Fourier分析,原子尺度的模拟,流场动力学模拟等基础研究,另一方面,中国热处理界十分重视将计算机模拟技术应用于实际生产。在制订复杂形状零件的淬火方法,优化大件加热规范,预测大件热处理组织、性能、应力／应变。优化去氢扩散热处理工艺,化学热处理的动态控制技术、激光热处理、特大型气体渗碳炉流场动力学设计等方面都取得很好的结果。     

淬火过程计算机模拟研究的若干进展

采用非线性等参元三维有限元算法成功地模拟了形状复杂的零件淬火过程中瞬态温度场,相变,应力和应变,获得直观的立体图象,在预冷淬火,控时浸淬,双液淬火,淬火－自回火等复杂的淬火过程的模拟计算中用增量法处理非线性问题,并采用变时间步长算法,有助于取得较好的结果。借助计算机模拟制订出锚环淬火工艺规程,已在大批量生产中应用,收到了消除淬火裂纹和保证淬硬层深度的效果。     

重视热处理自主创新,突破我国制造业发展的瓶颈

热处理是决定制造业产品使用寿命和可靠性的关键工序,但国内存在重产品、轻单元技术和重产能、轻品质的倾向。热处理和表面改性的水平与国际先进水平相比存在很大差距,严重制约我国制造业自主创新能力的提升,难以跻身高端市场,应引起各部门和企业界的高度重视。建议开发和推广数字化的热处理智能技术,以计算机模拟和基于知识工程(KBE)为基础,优化热处理与表面改性工艺,开发高端工艺装备和智能控制技术,实现热处理的优质,高效、节能和清洁生产。     

高速钢刀具可控渗氮

测定了Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２高速钢的临界氮势ｒｃ和传质因子,提出了按氮势门槛值控制的可控渗氮工艺及按最优扩散条件可控渗氮曲线控制的可控渗氮工艺。成功地抑制了高速钢Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２渗氮层的脆性。试验表明Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２高速钢车刀经过可控渗氮处理切削能力大幅度提高,加工中硬度、高韧度材料时,寿命提高几十倍,并能顺利切削硬度高达３７～３９ＨＲＣ的１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢。     

瞬态非傅里叶导热效应判据的探讨

讨论了通用傅里叶导热定律的数学模型,推导了半无限大物体在第一类边界条件下的基于非傅里叶导热定律的双曲线型偏微分方程的解析解.通过分析非傅里叶导热定律在瞬态条件下温度分布的变化过程,提出了非傅里叶导热效应的瞬态判据以及非傅里叶导热的作用范围,对研究工程中瞬态导热问题(如激光处理,电子束处理等)有重要意义.     

3Cr2Mo钢马氏体相变塑性及应力对其相变动力学的影响

通过不同单轴拉/压应力载荷作用下的膨胀试验研究了3Cr2Mo钢中马氏体相变的相变塑性和应力对马氏体相变动力学的影响。结果表明:所测定的Greenwood-Johnson相变塑性模型中参数K随等效应力增加而增加,表征马氏体相变动力学的Koistinen-Marburger方程中系数α约为0.0236,应力状态对其没有明显影响。马氏体点(MS)范围在410～438℃之间,且随等效应力值的增加而升高。     

A508-3核电大锻件用钢连续冷却贝氏体的相变塑性

用Gleeble-3500热模拟试验机研究了A508-3钢在单轴压应力下的连续贝氏体相变诱发的相变塑性.借助于从膨胀曲线分离相变塑性应变的数据处理方法,获得了压应力对贝氏体相变塑性的影响规律.结果表明:基于Greenwood-Johnson模型的贝氏体相变塑性参数K随着外加压应力的增大而增大,并且相变塑性应变占总应变的比重显著增加.相变塑性应变随贝氏体相变进行逐渐增大,增速先快后慢.     

含氮均匀的奥氏体试样制备及中温回火过程研究

研究了含氮量为2．6％-2．7％(质量分数)的过饱和奥氏体225℃回火过程及对应显微硬度的变化。利用640℃气体诊氮分段诊氮方法制备Fe—2．6％-2．7％N奥氏体试样。研究发现：γ—Fe(N)225℃回火时，先析出γ‘—Fe4N，1—2h之后形成α—Fe，3—3．5h分解速度很快，3．5h后只有少量γ—Fe(N)未分解，8—10h后γ—Fe(N)分解完全结束，最终形成α-Fe γ‘—Fe4N两相组织，15h之后分解产物粗化不明显。与此相对应，高氮奥氏体225℃回火8—15h之后显微硬度可超过1000HV0．025，之后稍有下降，但25h后仍然可以保持在900HV0．025以上。原奥氏体含氮量越高，分解速度越快，回火后的显微硬度值越大。     

高氮奥氏体中温非连续相变TEM观察

用TEM对高氮奥氏体225℃中温回火3．5h的试样进行了仔细的观察。结果发现：高氮奥氏体在以连续相变方式析出弥散γ‘-Fe4N的同时，还存在几种不同形貌的非连续相变分解产物。除了常见的在晶界、位错、孪晶界等缺陷位置出现以非连续相变方式形成的层片状结构外，还在晶内发现有纺锤状的转变产物，它们沿一定的方位平行分布，其内部具有层片状的亚片条。晶界处的分解产物由γ‘-Fe4N和α-Fe两相平衡组织组成，其余都只发现γ‘-Fe4N与贫氮γ-Fe的两相亚稳定组织。作者认为：高氮奥氏体中温分解是个多种机制并存的复杂相变过程，有待进一步深入探讨。