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铸钢件凝固与热处理全过程组织与性能预测技术的研究

孙飞  
【摘要】:铸钢件在机械零件中应用很广泛,铸钢件的质量关系到机械零件的寿命及安全性,而它的质量是由组织和性能决定。因此,必须合理地控制铸钢件组织,以获得优质的铸钢件。目前,铸造和热处理是控制零件组织分布的重要技术;针对铸造和热处理技术与组织关系的研究,采用数值模拟方法是一个热点,但数值模拟方法通常是单独研究铸造过程或热处理过程,当单独研究铸造过程时,铸态组织与性能不能决定最终的零件质量,往往需要进行后续热处理;当单独研究热处理过程时,没有考虑初始铸态组织对热处理的影响,因此,本文采用铸造凝固和热处理全过程的数值模拟技术将两个独立的过程结合起来,使数值模拟过程更接近实际情况,进而能够准确地预测铸钢件的组织与性能。主要研究工作如下:首先,提出一种铸钢件凝固组织与性能预测方法。该方法以三维温度场的数值模拟分析结果为基础,主要分为两步:利用高斯连续形核模型预测形核数,并推导出铸件晶粒尺寸;基于JMatPro软件建立各种铸钢的相含量和性能数据库,应用数据快速搜索和网格赋值技术得到铸件整体的相含量和性能。其次,建立了铸钢件热处理过程相的转变量和硬度预测模型。热处理过程相的转变量计算是将铸态组织作为热处理过程的初始组织,采用叠加法则将连续的加热或冷却过程离散为若干微小的等温阶段,根据TTA和TTT曲线计算各单相的相变孕育期和转变量;利用单相硬度加权平均法求铸钢件硬度值。最后,开展了实际铸钢件的浇注、热处理实验;金相分析和硬度测试结果表明,铸钢件凝固与热处理全过程组织与性能预测方法能够较为准确地预测铸钢件的组织和力学性能分布。将铸钢件凝固与热处理全过程组织与性能预测方法应用于框架框铸钢件,能辅助改善优化铸钢件组织与性能分布,为实际生产提供一定的指导作用。


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