PDF《热处理数学模型与计 算机模拟》

2 .一些文献 报道了应 力对相变 动 力学 的影 响【

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… .上述一系列研究成果为温度~ 相变~应力相互耦合的计算机模拟打下基础.气体渗碳 和渗氮的数学模型和计算机模拟也 已趋于成熟 . 然 而热 处理 数 学模 型 与计 算 机模 拟 技术 的生 产 应用则进展迟缓 ,国外至今仍未见其在生产中大规 模应 用 的明确 报道 .据分 析其 主要障碍 在于 :a . 长期沿用 一 维或 二维 模型,而 在实 际生产中大 多属 三 维导 热 问题 ;

b .局限于模拟单介质淬火冷却,但生产中常常在冷却 的不同阶段变换冷却介质 ;

c . 模拟 的精 度 尚不 能令人满意;

d .未能与热处理计算机 控制技术及热处理设备的设计制造紧密结合.3成果针对上述状 况 ,上海 交通 大 学等 单位开展 了比较深 入 的研 究.3.1复杂 形状 零件热处理和复杂淬火操作的计 算 机模 拟20世 纪90年 代 初用 三维 模型实现加热过程模拟,在 盐 浴炉 、电阻 炉 和大 型煤 气炉中三维 温 度场 和相变的模拟结果 与实测结 果吻合.夺380阶梯轴 在3m*3 m *6 m 大 型煤 气炉中加热时间由原工艺的20h缩短 到14h.20世纪

9 0年代完成国家自然 科学基金项目 界面 条件 剧变的淬 火冷却过程计算机模拟与淬 火 工艺 C A D ,实现 了形 状复杂的工 件在 复杂的淬火操作过程中温 度场 、相变、应 力 和应 变 的模 拟 .例 如 :卡 爪淬火冷却时的温度场十分复杂(图2),由于厚 薄 相差 悬殊,淬 裂倾 向大 ,需 用预冷 一水淬一油 冷 ,或 预冷一水淬一自回火 等复杂的操作方法.在不 同冷却阶段 ,表面换热系数相差几个数量 级 ,只有 采用界面 换热条件 剧变 的处 理 方法 ,才能 较好地模拟卡爪的淬火冷却过程 ,正确预测淬火后 的组织分布和性能分布.模拟结果与实测结果基本 相符(图3).1I,'

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2 图2空气预 冷20s后卡 爪 的温 度场Fi g

2 Te mp e r a t u r e f i e l d i n j a c k c a t c h a f t e r p r e ― c o o l i n g

2 0 S i n a i r 图3卡爪 淬火 后截 面上的组 织分 布Fi g.

3 M i c r o s t r u c t ur e d i s t r i b u t i o n o n t h e s e c t i o n o f j a c k c a t c h a f t e r q u e n c h i n g 锚环(图4)要 求 内孔有 足够 高 的硬 度 ,但 二孔之间的连接 处很 薄 ,易淬 裂.图5是锚 环淬 火冷 却 时组 织 转变 模拟的显 示图.锚 环预冷 一水淬一 自 回火 过程中不 同位 置 上温 度 场模 拟结 果 和实 测 值基 本相 符(图6).淬 火后锚环内部 的组织分布模拟结果也与解剖 分析 结 果基 本符合.高硬 冷 轧辊 使 用时 的 主要 失 效形 式 是接 触疲 劳损坏,不仅 热处 理后表面 应 达到 高 硬度 ,并希望表 面层形成残余压应力,抵消部分接触应力.图 7是 工作辊颈为夺170的冷 轧辊淬火时的应力场模拟,模拟结果与实测 结果 吻合 ( 图8).根据模拟 结果 ∞ 眦∞∞∞端蒜糍舞裟 蔼舞 如 落甓m S S R

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7 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 5期 潘健 生等:热 处理 数学 模型与计 算机 模拟49位位置

1 :测温孔1,.5,深27.5mi l l ;

位置 2:测温孔2,.5,深53mm;

位置3:测温 孔3,2.5,深

2 7 .

5 mm;

位置4:测 温孔4,.5,孔 内壁;

位置5:孔 内壁;

位 置6:锚环孔小 口所 在端面中心点 ;

位置7:侧表面中间 点 ,高度 为27.

5 mm 图4锚环 零件 图Fi g.