18CrNiMo7-6合金钢渗碳淬火的数值模拟及试验研究
发布时间：2020-12-20 20:05
齿轮钢通常采用渗碳淬火热处理工艺以获得良好的外硬内韧的综合力学性能,该工艺已在机械制造、汽车和航空航天等多个重要领域得到广泛应用。在工业4.0技术和智能制造引领制造业的背景下,随着计算机数值计算方法的引入和快速发展,热处理的数值模拟大大的提高了人们对热处理过程的控制能力和理解水平。而数值模拟的精确度不仅要以先进的基础理论、正确的数学模型和高效的数值计算方法为支撑,材料参数的准确度和完整性也无疑起着关键作用。因此,本文在考虑碳含量对渗碳淬火钢的材料参数影响的基础上,制备了不同渗层深处碳含量的18CrNiMo7-6试样,采用光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜、热模拟试验以及力学性能测试等方法,测量并建立了18CrNiMo7-6渗碳钢在不同碳含量下的的力学性能和相变动力学参数的数据库;同时,采用DEFORM-HT软件对渗碳以及淬火工艺进行数值模拟,并对渗碳淬火样品的碳梯度、组织场、残余应力场和硬度场进行了实验验证;最后,基于混合相硬度的加权平均计算方法,提出了残余奥氏体的硬度模型。主要工作如下:（1）建立了18CrNiMo7-6合金钢渗碳过程中温度场和渗碳场的有限元计算模型。通过加热膨胀曲线,...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渗碳淬火工艺的耦合场
1绪论7另一类为大型通用有限元软件，ABAQUS、ANSYS、MARC等，目前多数淬火模拟结果都是通过在此类软件上添加用户自定义程序实现的，它有开放的接口，可以用其各自的程序语言编写子程序，实现热处理过程的理论数学模型，因此可以自由选择不同模型进行比较，完成温度、组织和应力场的预测。而且此类软件有很强的非线性求解能力，尤其是ABAQUS，方便实现热处理过程的多场耦合问题。但这类软件并不能考虑热处理过程中各种组织的热物性能参数，例如，对于相变潜热无法作为内热源加热到温度场程序中，只能讲上一步产生的潜热作为当前时间步的热源进行处理，这样就有严格的时间步长要求。图1.2热处理模拟软件分类很多学者在热处理数值模拟这方面开展了许多研究并取得了很大的成绩。近几年，为了更好的服务于淬火等热处理仿真方面的研究，大量的基础工作也开始进行，如淬火冷却介质换热系数、材料物性参数的测量；更多数学模型的提出等。美国早在1997年的美国热处理发展技术路线图中就提出大规模开发计算机工艺预测工具，进行热处理相变等模型的开发[39]。近些年，我国逐渐加大了对热处理数值模拟技术的重视。2014年，在中国工程院多位院士的参与和领导下，制定了“中国热处理与表层改性技术路线图”，明确提出围绕产业、精密、高效、和经济五大目标，立志打造中国特色的虚拟热处理技术体系和产业[39]。其中，北京航空材料研究院赵振业院士提出抗疲劳制造的概念，建立了一个以
218CrNiMo7-6合金钢渗碳工艺的数值模拟及实验验证14钢铁材料在不同应力、应变状态及不同受力条件下的相变。该设备通过感应线圈对试样加热，还可以通过喷射氮气进行快速冷却，最大的加热和冷却速率可达100℃/s。通过热电偶来记录样品的温度变化，样品的膨胀量信息通过仪器测量的样品轴向尺寸的变化来记录。为防止实验过程中样品发生脱碳和氧化现象，实验舱一直保持真空状态。图2.1相变膨胀仪的仪器操作模块（2）实验方法本研究参照国家标准[44]《钢的临界点测定方法（膨胀法）》来确定奥氏体化参数。通过仪器记录的样品长度变化量与试样的初始长度的比值计算应变量，膨胀曲线为纵坐标为应变量、横坐标为温度的函数曲线。如图2.2所示，用切线法可确定相变临界点，利用杠杆原理可计算相变量：010LLfLL(2.14)式中：L表示试样的长度，L0、L1分别表示试样相变前后即母相和新相的长度。相变过程中，三者均随时间和温度变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理对高Cr-Co-Mo轴承钢组织与性能的影响[J]. 肖茂果,李东辉,吕新杨,李绍宏,赵昆渝,杨卯生. 材料热处理学报. 2018(08)
[2]20CrNi2Mo钢真空渗碳工艺及数值模拟[J]. 王志新,施建军,梅俊歌,刘瑞. 金属热处理. 2017(11)
[3]An optimized hardness model for carburizing-quenching of low carbon alloy steel[J]. 张星,唐进元,张学瑞. Journal of Central South University. 2017(01)
[4]基于钢箔渗碳的碳传递系数的精确测定[J]. 刘博勋,张幸,顾剑锋. 金属热处理. 2016(01)
[5]17CrNiMo6钢内齿圈渗碳仿真关键技术研究[J]. 张星,唐进元. 金属热处理. 2015(03)
[6]我国高性能化智能制造发展战略研究[J]. 潘健生,王婧,顾剑锋. 金属热处理. 2015(01)
[7]齿轮的表面完整性与抗疲劳制造技术的发展趋势[J]. 高玉魁,赵振业. 金属热处理. 2014(04)
[8]发展热处理和表面改性技术,提升国家核心竞争力[J]. 赵振业. 金属热处理. 2013(01)
[9]渗碳件渗层碳浓度与硬度分布的模拟[J]. 刘飞燕,樊新民. 热处理. 2007(05)
[10]高强度合金应用与抗疲劳制造技术[J]. 赵振业. 航空制造技术. 2007(10)
博士论文
[1]中碳钢淬火应力分布的测定和有限元模拟[D]. 刘玉.上海交通大学 2017
[2]30Cr2Ni4MoV钢低压转子热处理工艺的研究[D]. 陈睿恺.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]Ti6Al4V钛合金固体渗碳、渗硼工艺探究及组织性能研究[D]. 汪旭东.江苏大学 2017
[2]渗碳零件淬火过程数值模拟简化模型研究[D]. 吕东.燕山大学 2016
[3]18CrNiMo7-6齿轮热处理模拟及换热系数的测定[D]. 刘志新.大连交通大学 2013
[4]渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟[D]. 杨志强.燕山大学 2010
[5]真空渗碳控制中材料关键参数的测量和模拟软件的开发[D]. 舒颖.上海交通大学 2009
本文编号：2928470
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
渗碳淬火工艺的耦合场
1绪论7另一类为大型通用有限元软件，ABAQUS、ANSYS、MARC等，目前多数淬火模拟结果都是通过在此类软件上添加用户自定义程序实现的，它有开放的接口，可以用其各自的程序语言编写子程序，实现热处理过程的理论数学模型，因此可以自由选择不同模型进行比较，完成温度、组织和应力场的预测。而且此类软件有很强的非线性求解能力，尤其是ABAQUS，方便实现热处理过程的多场耦合问题。但这类软件并不能考虑热处理过程中各种组织的热物性能参数，例如，对于相变潜热无法作为内热源加热到温度场程序中，只能讲上一步产生的潜热作为当前时间步的热源进行处理，这样就有严格的时间步长要求。图1.2热处理模拟软件分类很多学者在热处理数值模拟这方面开展了许多研究并取得了很大的成绩。近几年，为了更好的服务于淬火等热处理仿真方面的研究，大量的基础工作也开始进行，如淬火冷却介质换热系数、材料物性参数的测量；更多数学模型的提出等。美国早在1997年的美国热处理发展技术路线图中就提出大规模开发计算机工艺预测工具，进行热处理相变等模型的开发[39]。近些年，我国逐渐加大了对热处理数值模拟技术的重视。2014年，在中国工程院多位院士的参与和领导下，制定了“中国热处理与表层改性技术路线图”，明确提出围绕产业、精密、高效、和经济五大目标，立志打造中国特色的虚拟热处理技术体系和产业[39]。其中，北京航空材料研究院赵振业院士提出抗疲劳制造的概念，建立了一个以
218CrNiMo7-6合金钢渗碳工艺的数值模拟及实验验证14钢铁材料在不同应力、应变状态及不同受力条件下的相变。该设备通过感应线圈对试样加热，还可以通过喷射氮气进行快速冷却，最大的加热和冷却速率可达100℃/s。通过热电偶来记录样品的温度变化，样品的膨胀量信息通过仪器测量的样品轴向尺寸的变化来记录。为防止实验过程中样品发生脱碳和氧化现象，实验舱一直保持真空状态。图2.1相变膨胀仪的仪器操作模块（2）实验方法本研究参照国家标准[44]《钢的临界点测定方法（膨胀法）》来确定奥氏体化参数。通过仪器记录的样品长度变化量与试样的初始长度的比值计算应变量，膨胀曲线为纵坐标为应变量、横坐标为温度的函数曲线。如图2.2所示，用切线法可确定相变临界点，利用杠杆原理可计算相变量：010LLfLL(2.14)式中：L表示试样的长度，L0、L1分别表示试样相变前后即母相和新相的长度。相变过程中，三者均随时间和温度变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理对高Cr-Co-Mo轴承钢组织与性能的影响[J]. 肖茂果,李东辉,吕新杨,李绍宏,赵昆渝,杨卯生. 材料热处理学报. 2018(08)
[2]20CrNi2Mo钢真空渗碳工艺及数值模拟[J]. 王志新,施建军,梅俊歌,刘瑞. 金属热处理. 2017(11)
[3]An optimized hardness model for carburizing-quenching of low carbon alloy steel[J]. 张星,唐进元,张学瑞. Journal of Central South University. 2017(01)
[4]基于钢箔渗碳的碳传递系数的精确测定[J]. 刘博勋,张幸,顾剑锋. 金属热处理. 2016(01)
[5]17CrNiMo6钢内齿圈渗碳仿真关键技术研究[J]. 张星,唐进元. 金属热处理. 2015(03)
[6]我国高性能化智能制造发展战略研究[J]. 潘健生,王婧,顾剑锋. 金属热处理. 2015(01)
[7]齿轮的表面完整性与抗疲劳制造技术的发展趋势[J]. 高玉魁,赵振业. 金属热处理. 2014(04)
[8]发展热处理和表面改性技术,提升国家核心竞争力[J]. 赵振业. 金属热处理. 2013(01)
[9]渗碳件渗层碳浓度与硬度分布的模拟[J]. 刘飞燕,樊新民. 热处理. 2007(05)
[10]高强度合金应用与抗疲劳制造技术[J]. 赵振业. 航空制造技术. 2007(10)
博士论文
[1]中碳钢淬火应力分布的测定和有限元模拟[D]. 刘玉.上海交通大学 2017
[2]30Cr2Ni4MoV钢低压转子热处理工艺的研究[D]. 陈睿恺.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]Ti6Al4V钛合金固体渗碳、渗硼工艺探究及组织性能研究[D]. 汪旭东.江苏大学 2017
[2]渗碳零件淬火过程数值模拟简化模型研究[D]. 吕东.燕山大学 2016
[3]18CrNiMo7-6齿轮热处理模拟及换热系数的测定[D]. 刘志新.大连交通大学 2013
[4]渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟[D]. 杨志强.燕山大学 2010
[5]真空渗碳控制中材料关键参数的测量和模拟软件的开发[D]. 舒颖.上海交通大学 2009
本文编号：2928470
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