收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

金属及合金在不同介质中淬火时的数值模拟和应用研究

谢建斌  
【摘要】:为了深入研究金属及合金淬火技术的理论及应用情况,提高金属及合金工件的淬火质量,预测工件淬火后的性能,定量研究金属及合金的淬火过程,为金属及合金高压气体淬火数值模拟的理论研究做些基础工作,论文将材料科学、力学、传热学和计算机模拟技术等学科相结合,从45钢、T10钢、9SiCr钢和W18Cr4V钢四种典型金属及合金在清水、锭子油和高压氮气中淬火的实验出发,对金属及合金常规淬火和高压气体淬火过程进行了理论研究和数值模拟。 论文从常规淬火工艺和高压气体淬火工艺的工业应用情况出发,综合分析了淬火过程数值模拟的研究状况、淬火时工件内部相变数值模拟的研究情况、表面综合换热系数的计算情况、淬火冷却温度场及热应力场的数值模拟情况;主要研究了金属及合金工件淬火时非线性导热的基本情况和相关的数学模型;模拟计算了金属及合金工件淬火时工件内相成分变化情况和相变潜热释放量;计算了工件淬火时的表面综合换热系数;研究了金属及合金工件的淬冷温度场和热应力场;测试了工件在多种淬火介质中淬火时的冷却曲线、工件淬火后的硬度和残余应力;观测了淬火后工件中的微观组织;比较分析了不同材料在不同介质中淬火时的情况,讨论了主要研究结果和结论。 实验研究结果表明:1、应用自行研制的计算机自动采样系统能够较准确地测试金属及合金工件淬火时的冷却曲线;自制高压气体淬火冷却装置能够满足金属及合金材料高压气体淬火实验研究的需要;高压气体淬火技术可以较方便地用于合金钢等淬透性较好材料的工业应用;随着气体压力的不断提高,高压气体淬火技术也可用于碳素钢的淬火处理。2、与清水淬火、锭子油淬火处理相似,高压气体淬火技术也能够改变金属及合金工件内微观组织的分布,改善金属及合金工件的力学性能。3、与清水、锭子油淬火相比较,高压气体淬火时,工件内温差小,相应的热变形和热应力也比较小;高压气体淬火后的工件表面清洁,表面质量较好,工件中的应力分布好。 理论研究和数值模拟研究的结果表明:1、应用非线性估计法、有限差分法以及实验测试结果,能够实现金属及合金材料淬火时耦合相变效应情况下表面综合换热系数的计算。金属及合金材料在清水和锭子油等液体介质中淬火时表面综合换热呈现出泡态、膜态等沸腾换热现象,相应的表面综合换热系数呈现出较强 摘要 的非线性;金属及合金材料在氮气等高压气体中淬火时,除材料相变阶段外,表 面综合换热比较平稳,无沸腾换热等现象,表面综合换热系数的变化大多发生在 材料相变阶段。2、应用材料TTT曲线、Scheil相加性原理和等温相变动力学所 建立的金属及合金相成分计算模型能够实现金属及合金材料不同介质中淬火时 相成分的数值模拟计算。3、从淬火时热弹塑性本构模型出发,用有限差分法、 有限单元法和ANSYS有限元分析软件可实现金属及合金材料淬火冷却时藕合非 线性表面换热、相变因素情况下温度场和热应力场的模拟计算。 实验结果与数值模拟结果的比较表明:金属及合金在不同介质中淬火时的数 值模拟结果比较符合实际情况。相成分模拟计算结果与实际情况比较吻合;金属 及合金试件淬冷温度场有限差分法计算结果、有限单元法计算结果和有限元软件 计算结果与实测结果吻合较好。 论文研究的创新处有:1、应用自行研制的高压气体淬火冷却简易设施实现 了合金钢等材料的高压气体淬火,研制了淬火冷却曲线的计算机自动采集系统并 测试了金属及合金物体在清水、锭子油和高压氮气中淬火时的冷却曲线。2、突 破了传统热弹性力学求解非线性导热问题时须已知边界条件的研究方法,以金属 及合金试件在不同介质中淬火为工程背景,利用比较成熟的热电偶测温技术,实 测试件内部温度为已知条件,求解非线性热传导方程的逆问题,得到金属及合金 材料在不同介质中淬火时的换热边界条件,在此基础上计算金属及合金材料淬火 冷却时的温度场和热应力场,即给出了一种由内部某一已知量来研究边界条件进 而研究多参数藕合效应的研究思路,在数值计算中考虑了相变、非线性热物性系 数、温度和应力等因素的相互藕合作用。3、将淬火数值模拟的研究思路与金属 及合金高压气体淬火技术相结合,建立了金属及合金不同介质淬火时含非线性表 面综合换热系数、组织成分变化、相变潜热、温度和应力相互藕合作用的本构关 系,对金属及合金高压气体淬火时的热弹性理论进行了研究。4、基于AN SYS 软件和非线性处理方法,实现了金属及合金工件淬火时藕合相变因素情况下淬冷 温度场和热应力场的数值模拟。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 王文达;杨冬梅;;淬火介质对高强度螺栓用45钢组织与性能的影响[J];科技视界;2017年07期
2 ;新型聚合物:安全淬火介质将成为石油产品的替代品[J];金属加工(热加工);2014年23期
3 张炜;鹿云;高东宏;杨冬;汪玉瑄;刘建功;;水溶性淬火介质在钢板弹簧产品中的应用研究[J];汽车工艺与材料;2014年12期
4 ;淬火介质(九)[J];热处理技术与装备;2015年03期
5 莫楚威;罗国民;李福运;;模具钢淬火介质选择及其对节能减排的影响[J];金属加工(热加工);2014年S2期
6 温新林;王秀梅;张大庆;温鹏;钱恒贵;王晓霞;;水溶性淬火介质在现代热处理中的应用[J];热加工工艺;2007年06期
7 胡绍文;李卫明;刘麦秋;;水溶性淬火介质[J];热加工工艺;2006年08期
8 解辉;;热处理淬火介质及其发展前景的研究[J];农业机械;2005年01期
9 王社民;在能源与环保的制约下液体淬火介质的可持续发展[J];金属热处理;2004年01期
10 张海军,杨俊明;热处理淬火介质(油)循环冷却系统设计[J];机车车辆工艺;2004年02期
11 ;今禹 淬火介质[J];材料热处理学报;2004年04期
12 王路顺;邢振平;;淬火介质应用及试验评价[J];哈尔滨轴承;2004年01期
13 康宝军;宋秀凤;温剑波;;淬火介质的应用研究[J];黑龙江科技信息;2004年08期
14 陈铭,施政,胡孝昀;聚合物淬火介质用于高碳钢丝淬火冷却的试验研究[J];南京航空航天大学学报;2002年03期
15 张克俭;淬火介质的选择和使用维护(上)[J];机械工人;2001年11期
16 刘宗茂,毛磊,胡云岩,胡建文,孙世清;聚醚淬火介质的应用研究[J];河北工业科技;1999年01期
17 ;工模具钢用水溶性淬火介质应用的研究[J];机电产品开发与创新;1999年03期
18 侯爱琴,赵剑,祁晓英;水溶性淬火介质的搅拌[J];金属热处理;1996年02期
19 JACK HASSON,张曦;关于聚合物淬火介质的概述[J];国外机车车辆工艺;1997年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金道福;;国内淬火介质发展的概况[A];国内外金属材料及热处理技术现状与发展[C];1995年
2 王轩仁;周红霞;刘亨行;;新钙剂淬火介质[A];北京电子学会第二届热处理年会论文简要汇编[C];1990年
3 金道福;;国内淬火介质发展的概况[A];第四届金属材料及热处理年会论文集(上)[C];1991年
4 翁芳梅;;聚醚903水溶性淬火介质的应用[A];第四届金属材料及热处理年会论文集(下)[C];1991年
5 王轩仁;周红霞;刘亨行;;新钙剂淬火介质[A];第四届金属材料及热处理年会论文集(下)[C];1991年
6 晁国强;;淬火介质综述[A];江苏省机械工程学会第六次会员代表大会论文集[C];2002年
7 温新林;王秀梅;张大庆;孙维连;钱恒贵;王晓霞;;水溶性淬火介质在现代热处理中的应用[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年
8 工艺科;李志海;;氯化锌—氯化钙水溶液淬火介质试验与应用[A];第四届金属材料及热处理年会论文集(下)[C];1991年
9 姜聚满;王莎莎;杨秀成;夏丹凤;;PAG水溶性淬火介质与淬火油数据分析[A];第十一次全国热处理大会论文集[C];2015年
10 姜聚满;王莎莎;杨秀成;夏丹凤;;PAG水溶性淬火介质与淬火油数据分析[A];第三届全国金属加工润滑技术学术研讨会文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢建斌;金属及合金在不同介质中淬火时的数值模拟和应用研究[D];昆明理工大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王金宝;淬火介质对耐磨铸钢组织和性能的影响[D];东北大学;2015年
2 王漪琼;新型聚醚类淬火介质开发及优化[D];东北大学;2012年
3 万丽军;基于虚拟仪器的淬火介质冷却特性测试系统设计[D];武汉理工大学;2006年
4 李晓宇;新型无机淬火介质G35物理化学性质及适应性研究[D];兰州理工大学;2010年
5 卢雪梅;G35型淬火介质对中高碳钢热处理组织与性能的影响[D];兰州理工大学;2011年
6 张敏;淬火冷却过程的数值模拟[D];武汉理工大学;2003年
7 王飞;闭式淬火槽流场的模拟与分析[D];江西理工大学;2016年
8 邬胜伟;纳米流体强化热处理的研究[D];南昌大学;2014年
9 夏永辉;淬火槽计算机模拟优化设计[D];机械科学研究总院;2010年
10 李芳;带有搅拌系统的淬火槽内介质流场的计算机模拟[D];江苏大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 周砚维;北京千叶热处理公司推出无机水溶性淬火介质[N];中国机电日报;2000年
2 记者 李建国;海力公司成为瓦楞辊生产修复基地[N];中国包装报;2005年
3 牟玉红 韩洪;中钢西重水溶性淬火液工艺投入生产[N];中国冶金报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978