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铝合金厚板喷淋淬火的非均匀换热与冷却特性研究

曹盛强  
【摘要】:铝合金厚板辊底喷淋淬火过程的非均匀换热和冷却是引起其组织与性能不均匀的重要原因。本文基于单喷嘴单面喷淋淬火试验,研究了被喷射表面换热系数的时间非均匀性及其计算方法;建立了多喷嘴单面喷淋淬火装置,研究了喷嘴直径(D)、相邻喷嘴距离(L)和喷射压力(P)对厚板非均匀冷却的影响;建立了被喷射表面换热系数的非均匀分布模型,并基于ABAQUS软件模拟了温度场、残余应力—应变分布特性。获得了以下主要结果: (1)基于7050合金厚板单喷嘴单面喷淋淬火试验,比较了根据单点实测冷却曲线和两点冷却曲线两种反求计算被喷射表面换热系数方法的适应性。结果表明,单点反求法所得换热系数更适合于本文试验条件。 (2)建立了多喷嘴喷射淬火试验装置,揭示了喷射工艺参数对7050合金厚板淬火试样心部冷却的影响规律。当D和P一定,L越小,相邻涡对互相干扰越大,紊流区冷却强度越大;当L/D=8~14时,从470℃冷至300℃的平均冷却速率出现波谷,L/D=14~20间出现波峰。 (3)建立了多喷嘴喷射淬火条件下被喷射表面换热系数的非均匀分布模型,研究了7050合金厚板的非均匀冷却特性。结果表明,驻点区表面温度梯度出现二次峰值,P越大,二次峰值效应就减小;喷射压力(P)与喷嘴直径(D)越小,表面温度回升越明显。 (4)揭示了7050合金厚板多喷嘴喷射淬火条件下的驻点区与紊流区淬火残余应力不均匀分布规律。单面喷射淬火时,残余拉应力峰值出现在表面到心部之间;双面喷射淬火时,也有类似的规律。 (5)揭示了被喷射表面残余应变不均匀分布规律。沿板宽方向,角、边部最大,驻点区附近最小;表面残余压应力越大,残余应变越小。


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