淬火过程的计算机模拟及其应用
淬火介质冷却过程中的数值计算
淬火介质冷却过程中的数值计算淬火技术是一种常用的金属热处理工艺，旨在改变金属的组织结构以提高其机械性能。
淬火介质冷却(MICC)过程包含在介质内部金属的冷却过程，这是淬火介质最重要的环节。
这个过程是决定淬火介质最终成品质量的重要因素，因此其介质冷却特性的计算变得尤为重要。
在MICC过程中，介质内的金属集体会受到外界的热流，但介质会缓慢的释放热量，使金属逐渐冷却，从而影响金属的组织结构和性能。
有多种不同的淬火介质，他们具有不同的物理特性，例如热传导率、热容量、比热等，都会影响MICC过程的特性，因此需要进行介质冷却特性的计算。
为了研究淬火介质冷却过程，需要采用数值计算的方法来模拟介质冷却过程。
数值计算方法在模拟复杂物理场中的微观过程中具有重要的作用，可以有效的提取热传导方程的精确解，从而更准确的模拟介质冷却过程。
由于MICC过程具有复杂的物理特性，数值计算方法显得尤为重要，以便更准确的计算介质冷却特性，从而优化淬火介质的成品质量。
具体而言，介质冷却特性的计算采用逐步迭代的方法，使用有限元的方法研究介质内金属的变形和热量转移的全过程。
先使用有限元方法，建立出包含介质-金属复合体系的有限元模型，之后再通过数值的方法计算得出介质冷却特性的参数，例如热传导率、热容量等。
在这个过程中，要考虑多种参数，例如介质原始温度、冷却温度时间变化等。
为了得到更准确的计算结果，需要采用高精度的方法，例如改进的全正则化技术，改善存在的参数精度，从而使计算更准确。
通过数值计算MICC过程可以得到准确的介质冷却特性参数，给出合理的介质淬火参数，提高产品质量。
多种数值的技术方法，可以更准确的模拟介质冷却的过程，使金属在热处理过程中得到合理的冷却，达到理想的淬火介质质量要求。
因此，数值计算技术在淬火介质冷却过程中显得尤为重要，可以为金属热处理提供准确的参考依据，提高淬火介质的质量。
通过数值计算得出介质冷却特性参数，更准确地模拟MICC过程，从而使淬火介质的成品质量和性能得到提高。
计算机在材料科学中的应用
计算机在材料科学中的应用李伟(湖北财税职业学院信息工程系武汉430064)摘要介绍计算机技术在材料科学研究中应用领域。
探讨计算机在材料科学研究领域中的具体应用。
借助于计算机可推动材料研究、开发与应用。
关键词计算机技术材料科学应用1 引言计算机模拟技术已广泛应用于包括材料液态成形、塑性成形、连接成形、高分子材料成形、粉末冶金成形、复合材料成形等各种材料成形工艺领域。
计算机模拟技术在材料成形加工中的应用,使材料成形工艺从定性描述走向定量预测,为材料的加工及新工艺的研制提供理论基础和优选方案,从传统的经验试错法,推进到以知识为基础的计算试验辅助阶段,对于实现批量小、质量高、成本低、交货期短、生产柔性、环境友好的未来制造模式具有重要的意义。
计算机模拟是未来材料成形制备工艺的必由之路,其发展趋势是多尺度模拟及集成。
2 计算机在材料科学中的应用领域2. 1计算机用于新材料的设计材料设计是指通过理论与计算预报新材料的组分、结构与性能,或者通过理论与设计来“订做”具有特定性能的新材料,按生产要求设计最佳的制备和加工方法。
材料设计按照设计对象和所涉及的空间尺寸可分为电子层次、原子/分子层次的微观结构设计和显微结构层次材料的结构设计。
材料设计主要是利用人工智能、模式识别、计算机模拟、知识库和数据库等技术,将物理、化学理论和大批杂乱的实验资料沟通起来,用归纳和演绎相结合的方式对新材料的研制作出决策,为材料设计的实施提供行之有效的技术和方法[ 1 ] , [ 3 ] 。
2. 2材料科学研究中的计算机模拟利用计算机对真实系统模拟实验、提供模拟结果,指导新材料研究,是材料设计的有效方法之一。
材料设计中的计算机模拟对象遍及从材料研制到使用的过程,包括合成、结构、性能制备和使用等。
计算机模拟是一种根据实际体系在计算机上进行的模拟实验。
通过将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较,可以检验模型的准确性,也可以检验出模型导出的解析理论所作的简化近似是否成功,还可为现实模型和实验室中无法实现的探索模型做详细的预测并提供方法。
车轮淬火加热过程温度场的数值模拟
Ｋｅ ｒ ｓ ｒｉ ｅ ｌ Ｑ ｅｃ ｅｔ ｇ Ｔｍｐｒｔ ｅｄｓ ｉｕｉｎ ｕ ｒ ａｓ ｌ ｉｎ ｙｗｏｄ ：Ｔａｎ ｗｈｅ； ｕ ｎｈｈａｉ ； ｅ ｅａ ｒ ｉ ｒ ｔ ；Ｎ ｍｅ ｃｌｉ ａ ｏ ｎ ｕ ｔｂ ｏ ｉ ｍｕ ｔ
淬火 加热的 目的是使钢奥 氏体化， 淬火加热制度 （ 加 热 时间和加热温度 ）应 根据钢种 、工件 规格，结合产 品 要 求制定 。淬火 加热制度的差异会使奥 氏体组织产生 差 异 ，直 接影响热处理质 量，从而使 产品实物性能指标 及 其稳定性显著不 同。 马钢 车轮淬火加热 是在 环形加热炉 中进行 ，加热炉 分 四段 ：预热段 、加热 Ｉ 、加热 Ⅱ段 、均热段 。为 制 段 定合理 的淬火加热制度 ，发挥热处理工 艺在 调控性能 方 面 的重要 作用，必须掌握 淬火加热过程 中车轮温度 的变
些都增加 了车轮淬火加热过程温度场模拟的难度 。
化规律 。传统的测试方 法不仅难度大 ，成本高，而且 通 过某一规 格车轮 的测试结 果难 以准确预 测另一规格车 轮 的温度变 化；采用数值模拟方 法建立车 轮淬 火加热过程 中的温度场 计算模型具有很 强的适应性 、通用性和灵 活 性，对实际生产具有现实的指导作用。 加热过程 的温度场模拟计 算是基于传 热学 原理和有 限单元法或差 分法，许多著 作对此 已有详细 的介绍 ＿ 引 ｌ。 ， 顾剑锋 等＿ ３ ］ 利用有 限单元法模拟 了 ９ ｒＭｏ Ｃ ２ 冷轧辊加热过
程瞬态温度场 ，根据模 拟 的结 果提 出 了优化 的冷轧辊加 热工艺 ，大大地缩短 了加 热的时间，明显节 约了能耗 。 李 永军等［ ７ Ｃ ３ ４ ０ ｒＭｏ钢大型支承辊淬火加热过程进行 了 ］ 对
１１ 模型假 设 ．
为简化模型，进行如下假设： （）假设材料参数是各 向同性 的； １ （）根据环 形加热炉 的实际状况，假设边界 条件和 ２ 边界热载荷沿周 向一致； 根据以上假设， 考虑到车轮几何 形状 的轴对称性 ， 可 将三维模 型简化成二维 轴对称模 型。
45钢零件淬火过程中温度场的ABAQUS模拟
制造技术/工艺装备现代制造工程2009年第7期45钢零件淬火过程中温度场的ABAQUS模拟朱子宏,魏宪军(上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)摘要:利用ABAQUS软件对几何外形复杂的45钢零件淬火过程温度场进行模拟,得到了45钢零件温度场随淬火时间的分布关系。
模拟过程准确、迅速,适用于淬火液的选取及淬火工艺的优化,并为精确计算淬火过程中的热应力、残余应力提供理论依据。
关键词:淬火;温度场;非线性热物性参数;ABAQUS软件中图分类号:TG156134 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2009)07—0059—03The ABAQUS si m ul a ti on of tem pera ture f iled i nquench i n g process of45steel partZ HU Zi2hong,W E I Xian2jun(College ofMechatr onics Engineering and Aut omati on,Shanghai University,Shanghai200072,CHN) Abstract:The te mperature field in quenching p r ocess of45steel part is si m ulated by ABAQUS finite ele ment s oft w are,and the relati onshi p s bet w een te mperature of part and quenching ti m e is obtained.Si m ulati on result is correct and quick,and it can be used t o op ti m ize quenching technol ogy and select quenching bath.The most of all,this method can supp ly the te mperature condi2 ti on in computati on of ther mal stress and residual stress of quenching p r ocess.Key words:quenching;te mperature field;nonlinear ther mo physics parameters;ABAQUS s oft w are0 引言钢的淬火是将钢加热到临界温度A c3(亚共析钢)或A c1(过共析钢)以上某一温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度的冷速,快冷到临界温度M s以下(或M s附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。
淬火和回火处理的原理及应用
淬火和回火处理的原理及应用淬火和回火处理是金属材料热处理中常见的两种方法，其主要目的是改善材料的力学性能。
本文将从淬火和回火处理的原理、过程及应用等方面进行探讨。
一、淬火处理淬火处理是指将金属材料加热到适当温度后迅速冷却，使其在淬火剂的作用下快速均匀凝固而形成硬质的金相组织。
淬火处理的主要原理是通过快速冷却，使材料晶粒细化、增加固溶体浓度、提高材料的强度和硬度。
常用的淬火剂包括水、油和盐等。
淬火处理过程主要分为加热、保温和冷却三个阶段。
首先，将金属材料加热至适宜的温度，使其达到均匀的晶粒生长状态；然后，在保温时间内保持稳定的温度，使晶粒尺寸和组织结构得到进一步改善；最后，以较快的速度进行冷却，以使材料快速固化并形成所需的金相组织。
淬火处理可显著提高材料的硬度、强度和耐磨性，在机械工程、汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。
例如，淬火处理常用于制造高强度钢材和工具钢，以提高其切削性能和使用寿命。
二、回火处理回火处理是指将经过淬火处理的金属材料加热至适宜的温度后保温一段时间，然后冷却。
回火处理的主要目的是通过调控材料的组织结构，使其同时具有一定的硬度和韧性，以满足不同的工程要求。
回火处理的原理是通过热处理过程中晶格的再排列和晶粒的长大，缓解淬火带来的内应力，减少脆性相的析出，从而提高材料的韧性和可加工性。
回火处理通常采用中、低温回火，温度一般在300℃至700℃之间。
回火处理的具体过程包括预热、保温和冷却三个阶段。
首先，将材料预热至适宜的温度，使组织结构趋于均匀；然后，在保温时间内保持稳定的温度，使材料的晶粒得到再长大并达到平衡状态；最后，采用适宜的速度进行冷却，保证材料的力学性能得到最佳的平衡。
回火处理常用于改善钢材的韧性和可加工性，尤其适用于制造轴承钢、弹簧钢和焊接结构钢等。
此外，在模具制造过程中，回火处理也被广泛应用于提高模具的韧性和耐磨性。
三、淬火和回火处理的应用淬火和回火处理在工程领域中被广泛应用。
淬火机计算机过程控制系统技术研究
维普资讯
淬 火机计算机 过程控制 系统技术研 究
电气传动 ２ ０ ０ ７年 第 ３ ７卷 第 １期
淬火机计算机过程控制 系统技术研究
王继忠 童 朝南 彭开 香 肖磊
１ ＿北京科技 大学 ２ ．北华 大学
摘要 ： 对中厚板无约束淬 火机的计算机过程控制 系统 的构 成及实施方法进 行 了介绍 ， 过人工智能技术 通 对控冷模型进行优化 ， 成了常化 炉后 的淬火控冷系统 ， 建 实现 了西气东输管线钢材 国产化改造的 目标 ， 淬火机
Ｋｅ ｗｏｄ ： ｒ ｃ ｓ ｏ ｔｏ ｑ ｅ ｃ ｃ ｏｉｇ ｃ ｎ ｒｌ ｈ ａ ｅ ｉｅ ｍｏ ｅ ｙ ｒｓ ｐ ｏ ｅ ｓｃ ｎ ｒ ｌ ｕ ｎ ｈ ｏ ｌ ｏ ｔｏ ｅｄ ｒｐ ｐ ｎ ｄｌ
１ 前 言
中厚板广 泛地 应用 于 国防科技 、 造船 、 型机 重 械、 电站 、 石油 、 气 管 道 、 梁 及 建 筑行 业 中 ， 天 桥 中
艺 ， 含 强 、 弱 冷却 方式 ， 设 计 制造 设备 时 ， 包 中、 在 考虑 到加 速冷却 的高 精度 和钢 板 材质 的多样 性 ，
扩 大了冷却 速度 的范 围 ， 考虑 了设 备 的 占地 面 并 积 和利用 率 。
厚 板冷 却后 性能 的好坏 一直是 各 大生产 厂关 心 的
Ｗ ａ ｇＪｚ ｏ ｇ Ｔｏ ｇ Ｃｈ ｏ ａ Ｐ ｎ ｉｉｎ Ｘｉｏ Ｌ ｉ ｎ ｉｈ ｎ ｎ ａｎｎ ｅ ｇ Ｋａｘａ ｇ ａ ｅ
热处理淬火过程计算机模拟的现状与展望
２ 淬火 过程 的计算机模拟技术 内容与方法
图 １ 温度场 、显微组织场和 应力 场之 间的相互作用 图
淬火过程的数值模拟受到各 国热处理界的高度重视， 近 年来不少学者应用相 当复杂的数学模型进行淬火过程 中温 度场 、组织转变 、应力应变及其交互作用 的数值模 拟。我
（）高 效 、逼真 、可靠 ：借 助计算 机 的高速 运转能 １ 力开展 的淬火过 程模拟 ，可 以在几 秒钟之 内完成 几小时 甚至几天 的试验 工作量 。并且， 随着 热处理过程 数学模 型的不 断完善和数值 计算方法 的不 断改进，热处理 过程 计算机模 拟能够逼 真地反映 热处理 的实际过程 ，准确地
都开展了较为深入 的研究，从而为热处理过程的计算机 模拟和仿真技术 的发展 奠定了坚实的基础 。 淬火 过程的实质 就是通 过对 淬火 工件 的温度场 、组
织场和应力场进行适度调 整， 使工件获得所需 的组 织、 性 能和较小 的残余应 力和残余 应变 。淬火 工艺选择 不 当不 仅影响工件 的组织性能 ， 而且会 影响工件 的使用 寿命 ， 因 此，加强对淬火工艺 的研究是 很重要 的 。
数值模 拟的发展趋势 。
关键词 ：热处理 ；淬火；计算机模 拟 中图分 类号 ：Ｔ ５ ．；Ｔ ２ ３ Ｇ１ ６３ Ｐ ７ 文献标志码 ：Ｂ 文章 编号 ：１ ０ －６ ９２ ０ ）３０ ６ ．２ ０ ２１ ３ （０ ８０ ．０ １ ０
Ｔ ｅ ｔｔｓ ｎ ｅｓ ｏｔ ｅｏ ｍｐ ｔｒＳｍｕａｉｎｉ ａ ｒａｍｅｔ ｅ ｃ ｉｇ ｒｃｓ ｈ ａｕ ｄＰ ｒｐ ｃｉ ｆ Ｓ ａ ｖ Ｃｏ ｕｅ ｉ ｌｔ Ｈｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｎ ｈｎ ｏｅｓ ｏ ｎ Ｔ Ｑｕ Ｐ
(瞬态)热分析例题5
热处理是保证制造业产品的内在质量，提高其使用性能和可靠性的重要环节。
传统的热处理是一种依靠经验型技术实现的热处理，经验型的技术很难溶人以信息化为主导的先进制造技术之中。
因此迫切需要将热处理改造为基于知识的热处理技术，从而减弱热处理信息化在制造业中的瓶颈问题。
对热处理过程的计算机模拟是保证热处理信息化的关键。
金属切削刀具是制造业中最基本的生产要素，丝锥则属于金切刀具中复杂刀具的一种，对其热处理过程的计算机模拟一旦有所突破，将会最终带动整个刀具制造行业，从而影响到整个制造业的热处理信息化进程。
由于淬火过程直接影响到刀具的最终使用性能，而且属于热处理过程中温度和应力变化最大的一个环节，组织变化复杂，所以以此作为研究的依据。
热处理过程还具有“瞬息万变”的特性，欲实时获取某瞬时、某特定冷却条件下的温度场、应力场分布情况，在现有的测试手段、试验方法以及测试仪器下还显得难度较大。
随着计算机软、硬件水平的提高，伴随着数值计算方法、计算传热学、热弹塑性理论、相变动力学、计算流体力学等学科的同步跟进，对于丝锥的淬火过程计算机模拟已成为可行、可靠的技术手段。
1 淬火过程计算机模拟的客观依据计算机模拟只是一种手段，其模拟结果的可靠程度要通过试验或现行热处理工艺进行检验。
此处严格按照某工具厂M24丝锥淬火工艺规程进行：对于W9Mo3Cr4V材料制成的丝锥，加热过程采用在400℃、800℃、1200℃三级加热，每个温度保温20min，然后以90S的时间用盐浴冷却的方式降至室温。
2 淬火过程计算机模拟的理论依据该问题属于瞬态热分析问题。
与丝锥相接触的硝盐水溶液的温度和换热系数是已知的，所以该问题属于第三类边界条件的问题。
第三类边界条件是指与物体相接触的流体介质的温度和换热系数a均为已知，这样物体与流体介质之间的换热量就为已知。
用公式表示为其中：和α可以是常数，也可以是随时间和空间变化的函数。
又由于材料温度将在一个较大的温度区间变化，材料热性能随温度变化的非线性因素不能忽略，因此该问题属于比较复杂的瞬态非线性热分析问题。
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计算机应用淬火过程的计算机模拟及其应用顾剑锋,潘键生,胡明娟(上海交通大学高温材料及高温测试开放实验室,上海 200030)摘要:籍助于温度场-相变-应力和应变的有限元分析方法(FEM),实现了复杂形状工件淬火过程的计算机模拟。
模拟结果直观地显示任一时刻工件内部的温度分布、组织分布、应力分布、应变状况及工件任意位置上的冷却曲线,为使用者提供了用虚拟现实方法详尽分析和研究淬火工艺的工具。
本文列举了几个实际应用的例子,计算机模拟将成为虚拟制造技术中的重要组成部分。
关键词:淬火;相变;温度场;应力场;有限元法;计算机模拟;虚拟制造中图分类号:TB115;TG156.34 文献标识码:A 文章编号:025426051(2000)0520035203Computer Simulation of Q uenching Process and Its ApplicationGU Jian2feng,PAN Jian2sheng,HU Ming2juan(Shanghai Jiaotong University,Public Laboratory for High Temperature Materialsand High Temperature Tests,Shanghai200030,China)Abstract:Computer simulation on complicate shaped parts during quenching process has been realized by using FEM analysis of temper2 ature field2phase transformation-stress and strain.The simulation results vividl y display the transient temperatrue field,microstructure distribution,stress and strain of the parts on any time,and show the cooling curve on any position of the parts.These results provide the user a tool for analyzing and studying on quenching technique in detail using virtual reality method.Several practically used examples are listed in this paper,and computer simulation will become im portant part of virtual manufacture technology.K ey w ords:quenching;phase transformation;temperature field;stress field;finite element method;com puter simulation;virtual manufac2 ture1 前言与淬火过程计算机模拟有关的基础理论研究工作近年来发展很快,例如温度2相变2应力/应变相互耦合的模型不断改进,已经可以考虑许多因素之间复杂的相互作用[1～3]。
在相变计算方面文献[4]发展了多相转变的计算方法。
就应力对相变的影响,近期工作[5,6]指出应力对相变动力学存在更为复杂的非线性关系。
这些研究成果都有助于使计算机模拟的结果逐步接近于实际情况,引起热处理界的重视。
淬火过程计算机模拟在实际生产中的应用已提到议事日程上来。
一些作者已就此进行了有益的尝试[7,8]。
尽管目前的淬火过程计算机模拟计算还远远未能被认为是成熟的技术,其准确性还不能令人满意,但是它与必要的试验测试相结合,可以成为研究淬火方法和制订工艺参数的辅助决策工具。
本文介绍了应用计算机模拟技术进行几种形状复杂的零件的淬火过程虚拟生产试验的初步尝试。
模拟计算是以大型有限元分析软件为平台,结合作者的二次开发程序来实现的。
2 数学模型211 相变量计算本文相变量计算与文献[9～11]所介绍的方法基本相同。
用孕育期叠加法判断相变的开始,用avrami方程计算扩散型相变的转变量,用K oistinen2Marbuger方程计算马氏体转变作者简介:顾剑锋(1970—),博士,讲师,江苏江阴人,主要从事热处理数学模型和计算机模拟,发表论文10余篇,获99年度国家教育部科技进步一等奖。
E2mail:jianfeng.gu@univ2troyes.fr基金项目:国家自然科学基金资助(No.59371073);国家科委“九五”攻关重点项目(No.962A01202201)。
收稿日期:1999211201量。
在相变量的计算中考虑了应力状态的影响,因而对上述公式进行了修正[5,6]。
212 应力场分析对淬火过程中应力应变以及淬火后残余应力和变形的预测的准确程度与所采用的材料力学模型密切相关。
目前的淬火模拟已经从原来的弹性模型改进为弹塑性模型,考虑材料的力学性能,如加工硬化特性、塑性流动法则、屈服准则等等,通常采用Von2Mises准则、等向硬化条件和普朗特尔-劳埃斯(Prandtl2Reuss)塑性流动法则[5,6]。
淬火过程中应力分析还必须考虑相变的影响,因此塑性区的处理远远较普通的应力分析复杂。
总应变包括了弹性应变、塑性应变、热应变、相变应变和相变塑性应变等多项。
213 复杂淬火操作的模拟以及非线性处理淬火过程的模拟涉及多因素非线性问题,因为界面换热系数、钢的热物性参数和力学性能参数都是温度的函数。
相变潜热的引入更使问题变成高度非线性。
实际生产中常遇到一些复杂的淬火操作,例如预冷淬火、控时浸淬、双液淬火、间歇淬火以及淬火2自回火等,都属于界面条件剧变的冷却过程,本文用下述方法处理:①模拟过程中,不同的冷却阶段调用不同的换热系数与温度的函数;②采用改进的增量迭代法处理非线性问题;③在边界附近采用较密的有限元网格;④在不同的冷却阶段,根据冷却速度的大小调整计算时间步长。
3 借助于计算机模拟进行热处理虚拟生产试验计算机模拟技术不仅有强大的计算功能,而且可以显示任意时刻工件内任意截面上的温度场、组织分布和应力场,能使操作者观察到各种等值面(温度值、应力值、应变值、组织分布值)、等值线随着时间推移的情况,也可以显示出用户所感兴趣的任何点上的温度2时间曲线、组织分布2时间曲线、应力2时间曲线和位移2时间曲线。
这样就为热处理研究工作提供一个虚拟现实的环境,或者说进行虚拟生产试验的工具。
本文选择了几种形状比较复杂的零件,在预冷2双液淬火或预冷2浸淬2自回火条件下,测定了有代表性的位置上的冷却曲线和淬火后截面上的组织分布。
根据实测结果,检验和修正数学模型,使计算机模拟与实际情况比较吻合[12],然后就可以用来进行虚拟生产试验,选择合理的淬火方法和确定最佳工艺参数。
4 应用实例411 预冷淬火(延时淬火)工艺设计卡爪用1045钢制造,要求表面有高硬度,但在齿根和侧面的槽口之间,截面变化很大,淬火时很容易开裂。
用计算机模拟进行卡爪的虚拟淬火试验,可以连续“观察”在冷却过程中截面上的组织转变,卡爪在850℃奥氏体化后,预冷到20s 时,齿和槽口边缘温度降低100℃(见图1),但并无铁素体析出,随后淬入盐水中,在卡爪工作面上仍得到100%马氏体(见图2),但在马氏体转变区间内的温度梯度明显减小(见图3)。
预冷时间延长至30s ,虽然表面仍可获得100%马氏体,但全马氏体层变薄,因此预冷20～30s 是合理的。
412 锚环淬火工艺设计 锚环用5140钢制造,要求淬火、回火处理,硬度为26～图1 卡爪在空气中预冷20s后的温度场分布图2 卡爪淬火后马氏体分布图3 马氏体相变区域内的温度梯度(a )B 线:温度梯度图示位置,方向如箭头所示(b )沿B 2B 线位置,从顶端到底部的温度梯度30HRC ,锥孔的内表面是工作面,生产中原用盐水淬火。
在两孔之间壁厚最小的地方淬火时很容易开裂,而用油淬则硬度不足。
用计算机模拟进行虚拟淬火生产试验,采用15%NQ 2C 水溶液为淬火介质。
淬火后内孔表面可得到马氏体和少量残留奥氏体组织。
虚拟生产试验可以动态显示淬火过程中锚环内温度场和组织分布的变化情况(见图4、5)和用户感兴趣图4 淬火38s时的温度场分布图5 淬火后的马氏体分布63《金属热处理》2000年第5期的任意点上的温度变化曲线和转变量曲线,为选择工艺参数提供了充分的依据。
例如从图6可以看出,控制浸淬,当工件表面完成马氏体转变后立即将工件转移到空气中自回火,可以保证承载表面的组织和性能。
浸液15s 和20s 后出水,对工件心部在珠光体转变温度范围内的冷却速度没有明显的影响,因而淬火后整个截面上的组织分布也不会有明显的影响。
虚拟生产试验的结果还说明,提前出水使工件及时自回火,进一步减小了淬火开裂的危险。
经过60min 后工件内外温度基本均匀,如在此时及时进入550℃回火炉中回火,就能起到利用淬火余热的作用。
图6 淬火不同时间不同位置冷却曲线的比较———预冷15s ,浸液10s ,空冷;……预冷15s ,浸液15s ,空冷;++++预冷15s ,浸液20s ,空冷;———・预冷15s ,浸液60s ,空冷413 高硬冷轧辊淬火工艺的研究(1)奥氏体化时间的确定 9Cr2Mo 钢制造的小型冷轧辊(辊身直径<132mm ),生产中原来采用的工艺奥氏体化温度为850℃,时间为135min ,用虚拟生产的方法观察加热时截面上的组织变化情况,可以看到46min 时轧辊表面已经奥氏体化(见图7a ),及至58min ,除了心部以外,奥氏体化的深度扩大已远远超过预期的淬硬层深度(见图7b )。
显然奥氏体化时间定为1h 是合理的。
(2)淬火介质的选择 用虚拟淬火试验的方法比较了用不同的淬火介质得到的淬火后组织和应力分布。
其结果表明,选用三硝淬火液(25%NaNO 3、20%NaNO 2、20%KNO 3、35%H 2O )可得到足够厚的马氏体层(见图8),应力分布状态也比较合理。
(3)残余应力的预测 用虚拟淬火试验观察轧辊内应力发展过程说明,轧辊在三硝水溶液中冷却40s 后,工件表面层已经发生了马氏体转变,而心部温度依然在800℃以上。
继续冷却时心部温度降低,体积收缩,使得表面层应力状态向压应力方向转化,最终使压应力层的深度接近20mm ,(见图9a 、b ),有利于提高轧辊对接触疲劳的抗力,使用寿命高于中频加热淬火,这一结论已为生产实践所证实。