連續(xù)熱處理工藝過程數(shù)值模擬與模擬參數(shù)敏感性分析的研究.pdf

1、鋼鐵材料的熱處理是一個十分復雜的過程,很難用解析的方式精確描述。因而越來越多的人采用計算機模擬技術對單個熱處理過程進行研究,并創(chuàng)建了相對完備的數(shù)學物理模型。實際工程中的熱處理過程往往是由多道熱處理工序組成的,有時前道工序會對后續(xù)處理結果產生顯著的影響,因此很有必要對工件所經(jīng)歷的多種熱處理工藝全過程進行模擬。本文在系統(tǒng)地介紹滲碳、淬火和回火工藝數(shù)學模型的基礎上,通過順序傳遞碳濃度、溫度、組織和應力應變等結果作為后續(xù)模擬的初始條件,并對有關

2、計算參數(shù)進行必要修正,建立了對滲碳-淬火-回火連續(xù)熱處理工藝的整體模擬,并且能夠根據(jù)工件的化學成分和經(jīng)歷的冷卻速度估測硬度結果。文中基于此模型對20MoCr4鋼制端淬試樣的連續(xù)熱處理過程進行了模擬分析。結果表明,強滲擴散相結合的工藝能夠獲得單一強滲工藝接近的有效滲層深度。對比單一淬火過程的模擬結果,滲碳后淬火過程的模擬結果顯示滲碳過程導致有效滲層深度范圍內Ms下降,結果淬火后有奧氏體殘余,同時也延緩了貝氏體的形成。并且滲碳過程明顯提高了

3、試樣近滲面附近區(qū)域的應力水平,尤其是在有效滲層深度范圍內更是提高了2～3倍,這很可能導致較大淬火變形和淬火裂紋的出現(xiàn)?；鼗鹬蟠慊瘃R氏體全部轉變成回火馬氏體。
　　 現(xiàn)在多數(shù)對于熱處理過程的數(shù)值模擬研究仍主要停留在規(guī)則圓柱、立方體等簡單外形的結構上,并沒有充分考慮結構外形尤其是壁厚的影響。文中在對比討論了淬火熱處理過程的相變塑性計算模型后:采用其中Leblond模型對一種偏心圓環(huán)零件的淬火過程進行模擬,該零件實現(xiàn)了對3.6mm～

4、14.4mm連續(xù)變化壁厚零件的淬火。結果表明偏心圓環(huán)經(jīng)油淬后各部位開始形成馬氏體的時間差異明顯:薄壁端邊緣在淬火6s時率先開始形成馬氏體,薄壁端心部直至淬火25s后才開始形成馬氏體,此時薄壁端邊緣位置的馬氏體轉變已經(jīng)基本完成。盡管如此,淬火完成后偏心圓環(huán)各部位的組織分布趨于均勻,都是89％的淬火馬氏體和11%的殘余奧氏體。淬火過程使偏心圓環(huán)在高度方向少量膨脹,同時其內外圓也都膨脹,最終變成了長軸與內外圓環(huán)圓心連線一致的兩個橢圓。該方法得