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热处理零件组织性能分布的计算机预测及其结构设计

冯媛媛  
【摘要】: 热处理工艺对于提高材料性能的潜力,满足机械零件在加工和使用过程中对性能的要求具有重要作用。长期以来,对零件热处理后组织性能分布进行较为准确的计算机预测预报一直没有得到很好解决。同时,零件淬火过程中内应力分布及变化情况极难测定,导致其结构优化设计相对滞后。基于此,本文采用计算机数值模拟及仿真技术,对结构钢零件热处理后组织性能的分布情况进行预测预报及实验验证,并且基于淬火过程中应力分布的模拟实现了对淬火零件结构的优化设计。 首先对热处理过程中传热、相变及内应力等内容的有限元基本原理进行了理论分析论述,然后开发出一种零件热处理后不同部位组织性能的计算机数值模拟预测预报系统,通过合理选择钢的热物性参数及热处理过程中零件与环境的换热系数,对几种普通热处理(水淬、油淬、正火、退火)和感应淬火工艺下零件的温度场进行数值模拟,获得零件各部位的冷却速度,而后结合梅尼尔模型,可以实现对不同成分、不同结构零件热处理后组织及含量、硬度、热应力大小及分布较为准确的预测预报,并通过实验对模拟结果进行验证,结果表明,该系统具有较高的可靠性。 针对零件在淬火过程中内应力分布及变化情况较难测定的实际情况,本文基于零件热处理过程中温度场模拟结果的可靠性,建立了热—应力—结构预测预报模型,对淬火零件的热—应力场进行模拟仿真,实现了零件淬火过程中温度—组织—应力三者之间的耦合,通过对零件淬火过程中最大应力分布、内应力变化情况的模拟预报,从而为淬火零件的结构优化设计奠定了基础,同时该模型对零件在淬火过程中变形、开裂等缺陷的产生及防止同样具有极为重要的参考意义。利用此模型,实现了对实际生产中扩孔钻零件的结构设计。


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