連續(xù)熱處理工藝過(guò)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(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程,很難用解析的方式精確描述。因而越來(lái)越多的人采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)單個(gè)熱處理過(guò)程進(jìn)行研究,并創(chuàng)建了相對(duì)完備的數(shù)學(xué)物理模型。實(shí)際工程中的熱處理過(guò)程往往是由多道熱處理工序組成的,有時(shí)前道工序會(huì)對(duì)后續(xù)處理結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響,因此很有必要對(duì)工件所經(jīng)歷的多種熱處理工藝全過(guò)程進(jìn)行模擬。本文在系統(tǒng)地介紹滲碳、淬火和回火工藝數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)順序傳遞碳濃度、溫度、組織和應(yīng)力應(yīng)變等結(jié)果作為后續(xù)模擬的初始條件,并對(duì)有關(guān)

2、計(jì)算參數(shù)進(jìn)行必要修正,建立了對(duì)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(xué)成分和經(jīng)歷的冷卻速度估測(cè)硬度結(jié)果。文中基于此模型對(duì)20MoCr4鋼制端淬試樣的連續(xù)熱處理過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明,強(qiáng)滲擴(kuò)散相結(jié)合的工藝能夠獲得單一強(qiáng)滲工藝接近的有效滲層深度。對(duì)比單一淬火過(guò)程的模擬結(jié)果,滲碳后淬火過(guò)程的模擬結(jié)果顯示滲碳過(guò)程導(dǎo)致有效滲層深度范圍內(nèi)Ms下降,結(jié)果淬火后有奧氏體殘余,同時(shí)也延緩了貝氏體的形成。并且滲碳過(guò)程明顯提高了

3、試樣近滲面附近區(qū)域的應(yīng)力水平,尤其是在有效滲層深度范圍內(nèi)更是提高了2～3倍,這很可能導(dǎo)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(zhuǎn)變成回火馬氏體。
　　 現(xiàn)在多數(shù)對(duì)于熱處理過(guò)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(jiǎn)單外形的結(jié)構(gòu)上,并沒(méi)有充分考慮結(jié)構(gòu)外形尤其是壁厚的影響。文中在對(duì)比討論了淬火熱處理過(guò)程的相變塑性計(jì)算模型后:采用其中Leblond模型對(duì)一種偏心圓環(huán)零件的淬火過(guò)程進(jìn)行模擬,該零件實(shí)現(xiàn)了對(duì)3.6mm～

4、14.4mm連續(xù)變化壁厚零件的淬火。結(jié)果表明偏心圓環(huán)經(jīng)油淬后各部位開(kāi)始形成馬氏體的時(shí)間差異明顯:薄壁端邊緣在淬火6s時(shí)率先開(kāi)始形成馬氏體,薄壁端心部直至淬火25s后才開(kāi)始形成馬氏體,此時(shí)薄壁端邊緣位置的馬氏體轉(zhuǎn)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(guò)程使偏心圓環(huán)在高度方向少量膨脹,同時(shí)其內(nèi)外圓也都膨脹,最終變成了長(zhǎng)軸與內(nèi)外圓環(huán)圓心連線(xiàn)一致的兩個(gè)橢圓。該方法得