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9SiCr常压气雾淬火过程的数值模拟与实验研究

丁冬芳  
【摘要】:为了研究气雾淬火在不同初始压力、不同水气配合比情况下的淬火性能,本文对9SiCr在不同水气配比(水和氮气),不同初始压力情况下的气雾淬火过程进行了数值模拟和实验研究。 气雾淬火是一种新的淬火处理工艺,通过压缩空气将水滴打成雾状喷射到试件上对试件进行淬火冷却处理。两种介质的配合使得气雾淬火的冷却能力范围较大,介于气体介质冷却和水雾冷却之间。 论文比较了传统淬火、高压气体淬火和气雾淬火工艺的研究和应用情况。对淬火冷却过程的数值模拟,淬火过程中的表面综合换热系数、淬冷温度场,应力场组织场的主要研究现状作了总结。 论文通过试验测试了淬火冷却过程中温度随时间的变化曲线,对淬火冷却曲线分析可知当水气配合比相同时,初始压力越大,混合气雾介质的冷却速度越大,从而使得试件表面和中心的温度差也较大。当初始压力相同时,水气配合比越大,淬火试件表面和中心的温度差就越大。 文中对换热边界条件进行了推导,用反传热法给出了边界条件关键参数表面换热系数的求法。运用有限元软件DEFORM采用反传热法对淬火冷却过程中的表面换热系数进行了数值模拟。模拟结果表明表面综合换热系数具多个极值点,忽略最大值点处的淬裂情况影响,另一个较大极值出现在200-300℃之间。从模拟结果也可以看出当水气配比相同时初始压力越大表面换热系数均值越大,波动也越大。当初始压力相同时,水.气配比越大表面换热系数波动越大。 同时采用ANSYS软件对淬火温度场和应力场进行了有限元数值模拟。对淬火冷却温度场的数值模拟,给出了淬火冷却过程某些时刻的温度分布云图,在淬火过程中试件内外温度差最大的约为300℃。根据某些点的温度梯度选择温度梯度较大的时刻进行了应力场模拟。对淬火应力场的数值模拟给出了淬火温度梯度较大时刻的应力场和应变场,应力场的最大值达到了700MPa。


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