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淬火过程的计算机模拟与试验研究

李强  
【摘要】: 随着计算机技术的迅速发展和人们对淬火质量的要求越来越高,淬火过程的计算机模拟越来越受到人们的重视,已成为当今淬火过程研究和淬火工艺设计中必不可少的重要方法。在实际淬火过程中介质和试件内部都会发生十分复杂的物理现象,介质流场、试件的温度场、显微组织场和内应力场等都随时间发生剧烈变化。这些场量的变化受到很多因素的影响,包括它们之间的相互作用。目前,国内外对这些场量的模拟研究还不成熟,在模型的建立、数值方法的运用以及模拟结果的试验验证上都需要做更为深入的研究。 针对上述问题本文用计算机模拟与试验研究相结合的方法,着重研究了淬火槽中介质的流场以及介质流场与轴类试件的温度场、显微组织场和内应力场的关系。 首先建立了淬火槽内介质流场的有限元计算模型。根据实际约束条件,利用有限元软件ANSYS对淬火槽内介质流场进行了数值模拟,并采用超声波多普勒测速仪测定了流场中某些特征点的流速,模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了数值模拟的可靠性。根据数值模拟结果,改进了淬火槽的均流装置,使淬火槽内介质流场更加趋于均匀。 其次在试验的基础上,运用反传热法计算出了淬火介质与试件之间的综合对流换热系数。在充分考虑淬火试件温度场、显微组织场和内应力场相互作用的情况下,建立了轴类淬火试件三种场量的数值计算模型。在有限元软件MARC平台上编制了三种场量的计算程序,并对具体实例进行了模拟计算。通过对淬火试件进行金相组织分析和残余应力测量,验证了数值模拟的可行性。 最后根据数值模拟结果,建立了淬火介质流场与轴类淬火试件温度场、显微组织场及内应力场之间的关系;并根据试验结果,建立了淬火介质流场与淬火后试件的组织和性能之间的关系。为设计淬火槽结构、制定淬火工艺和实现淬火过程智能化控制提供科学依据。


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