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低压转子淬火工艺过程数值模拟的研究

王晓燕  
【摘要】:随着我国冶金、电力、石化以及造船等各行业的快速发展,大型锻件作为重要的装配零件,其需求量越来越大,同时对其技术含量和质量要求也越来越高。由于它具有尺寸大、重量大的特点,大锻件的热处理过程往往十分复杂,需要制订出合理的工艺来保证锻件的最终性能能够满足使用要求。热处理模拟技术的出现和发展为大锻件的热处理工艺预测与制订提供了一种既省时又有效的研究方法。 本文充分考虑了热处理过程中温度-组织-应力三者间的耦合关系,以及材料热物性参数的选定、相变潜热的处理和换热系数的计算等问题,在此基础上,建立了低压转子淬火过程中温度场、组织场和应力场的数学计算模型。同时,利用差示扫描量热法和激光脉冲法,准确测得了30Cr2Ni4MoV低压转子钢中不同组织在不同温度下的比热和导热系数,为低压转子淬火工艺的数值模拟提供了可靠的输入参数。最后,运用有限元软件对直径为Ф2826mm低压汽轮机转子计算了全水冷和间歇冷却两种淬火工艺过程,获得了低压转子在冷却过程中从表层到心部各质点的温度和组织变化情况,得到一种优化的淬火工艺。本文的研究结果为低压汽轮机转子的实际生产提供了科学的指导。 本文对水冷和间歇冷却(空冷+水冷)两种淬火工艺过程进行了模拟计算,经比较两种工艺结果,得到如下结论:①空冷可减小低压转子表面与心部的温度差,从而降低淬火过程中产生的内应力;②空冷可降低转子整体的蓄热能,从而使水冷过程中转子次表层的冷却速度有显著增大,增强了转子整体生成下贝氏体的能力;③空冷对转子心部在水冷过程中冷却速度的提高也有一定帮助。 基于上述结论,对直径为Ф2826mm低压汽轮机转子而言,建议在实际淬火过程中采用间歇冷却方法。为尽可能降低转子的蓄热能,并防止在空冷时产生力学性能较差的上贝氏体组织,空冷时间制订为1.5h;同时,为保证转子心部完成组织转变,并且尽可能降低终冷温度,以得到均匀细小的组织,提高转子力学性能,水冷时间制订为30h。


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