42CrMo钢船用曲拐热处理过程数值模拟
发布时间：2021-02-14 17:20
曲拐是发动机中的核心零件之一,在机车和船舶上应用非常广泛。它的主要作用是将发动机各缸的往复功汇总在一起,而后再以回转运动的方式将其传递出去,除此之外,曲拐还担负着驱动燃油泵、机油泵、水泵、配气机构以及其他辅助装置的任务。船用曲拐是船用柴油机的重要部件,对船舶的安全起着非常重要的作用。曲拐运转时的工作状态极其复杂,需要承受着时刻交替变化的扭转、弯曲、压缩等载荷作用,因此,对材料的硬度、强度、残余应力和内部微观结构有严格的要求。本文通过实验测定和软件计算的方法,建立了42CrMo钢退火组织和奥氏体组织的热物性参数（比热容、密度、导热系数、热膨胀系数、相变潜热）的数据库。采用同步热分析仪测定了42CrMo钢在不同温度下的比热容。利用材料性能计算软件JMatPro计算得到了密度、导热系数、相变潜热和热膨胀系数。在对42CrMo钢船用曲拐热处理过程中的传热学行为进行了全面分析的基础上,系统地考虑了各种热物性参数随组织和温度变化而发生变化的特点,并根据这些特点采用Fortran语言编写了温度场和组织场的用户子程序;利用Pro/E软件建立了船用曲拐的四分之一三维几何模型并结合有限元模拟软件ABAQU...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船用曲拐Fig.1.1Marinecrankshaft.
第一章绪论3在热处理过程中的温度、组织以及应力的分布情况，从而为工艺制定提供科学依据。1.2热处理过程特点热处理过程主要包括温度、组织、应力应变三方面的变化，而且它们之间相互影响相互作用，其关系如图1.2所示。图1.2温度─组织─应力相互关系示意图Fig.1.2Thediagramoftemperature-microstructure-stressrelationship.温度和组织的关系：对于连续冷却转变，温度的变化直接影响着相变的进程；对于等温组织转变，温度会对相变速度和相变类型产生影响。总而言之，温度是决定相变能否进行的主要因素。反过来，发生相变时也会有潜热产生，进而影响温度分布。应力应变和温度的关系：材料的各部分温度不同，热胀冷缩的程度不同，引起材料的体积发生变化，就致使热应力产生；材料在较大的热应力或其他外加载荷作用下会发生变形，同时，应力做功也对温度场产生影响。组织转变和应力应变的关系：淬火过程中产生的内应力导致材料发生了相变塑性变形，从而使得工件内部的应力应变场发生重新分布；同时应力应变反过来
第二章热处理过程数值模拟基本原理23b=ln(11)1（2.15）由于转变量与等温时间都和温度有关，因此，n、b值也随着温度的改变而发生变化。公式（2.13）表示的是在等温情况下的组织转变过程，在研究连续冷却过程中不能够直接应用，可先通过对时间离散的方式，将连续冷却过程转化为等温阶梯冷却过程（如图2.2（a）），再运用叠加法则[63-66]把不同温度下的孕育率进行累加。总量达到1时，奥氏体分解为铁素体及碳化物开始发生，孕育率算法如下：∑n=1=1（2.16）式中：为第i个微小等温过程经历的时间，为时间段内的等温温度所对应的相变孕育期。同理，在进行组织转变量计算时，需要先构建一个虚拟转变时间，而后再利用叠加法则进行组织转变量的计算（见图2.2（b））。数学模型如下：+1=[ln(1)+1]1+1（2.17）+1={1[+1(+1+)+1]}（2.18）式中：为在温度下保持时间后的转变量，在进行+1温度下的转变计算时，须先将温度下的转变量，利用公式（2.17）计算出+1温度时所需等温时间+1。图2.2基于TTT曲线的相变量计算模型示意图Fig.2.2SchematicofphasecalculationmodelbasedonTTTcurve.(a)(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]42CrMo棒材轧后冷却过程组织转变的计算机模拟[J]. 刘才,高林,王玉峰,张志新. 钢铁. 2012(11)
[2]装甲钢马氏体相变塑性的实验研究[J]. 孙朝阳,方刚,雷丽萍,曾攀. 塑性工程学报. 2008(01)
[3]Cr5支承辊用钢马氏体相变的相变塑性研究[J]. 石伟,范洪涛,刘庄. 材料热处理学报. 2006(05)
[4]森吉米尔中间辊淬火温度场的有限元模拟[J]. 陈洪,刘勇,杨贤镛. 材料热处理学报. 2006(04)
[5]A Cooperative Activity on Quenching Process Simulation Japanese IMS-VHT Project on the Benchmark Analysis and Experiment[J]. Tatsuo Inoue,Youichi Watanabe,Kazuo Okamura,Michiharu Narazaki,Hayato Shichino,Hideo Kanaraori,Katsumi Ichitani. 材料热处理学报. 2004(05)
[6]Mathematical Model of Heat Treatment and Its Computer Simulation[J]. Pan Jiansheng 1, Zhang Weimin 1, Tian Dong 2, Gu Jianfeng 1, Hu Mingjuan 1 (1. Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030; 2. Shanghai Volkswagen Automotive Company Ltd., Shanghai 201805). Engineering Sciences. 2004(02)
[7]曲轴加工新技术[J]. 周德生. 机械工人.冷加工. 2004(05)
[8]为创建世界第一造船大国多作贡献——解放思想真抓实干加快武汉地区“三个基地”的建设步伐[J]. 薛海忠. 船海工程. 2004(01)
[9]支撑方式对曲轴渗氮过程畸变影响的有限元分析[J]. 姚新,顾剑锋,李勇军,潘健生. 上海交通大学学报. 2003(02)
[10]2.25Cr-1Mo钢相变塑性的实验研究[J]. 高宁,刘庄,余永平. 金属热处理学报. 2001(03)
博士论文
[1]数值模拟技术在燃气轮机零部件锻造及热处理过程中的应用[D]. 吕成.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]应力影响低合金中碳钢相变的实验研究与建模[D]. 聂振国.清华大学 2012
[2]6xxx铝合金在线淬火换热系数及数值模拟研究[D]. 李彩文.中南大学 2011
[3]30CrMnMo无缝钢管淬火过程温度场、应力场数值模拟[D]. 刘海江.内蒙古科技大学 2010
[4]45钢热处理过程组织转变量预测的试验研究[D]. 钱滨.清华大学 2002
本文编号：3033564
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
船用曲拐Fig.1.1Marinecrankshaft.
第一章绪论3在热处理过程中的温度、组织以及应力的分布情况，从而为工艺制定提供科学依据。1.2热处理过程特点热处理过程主要包括温度、组织、应力应变三方面的变化，而且它们之间相互影响相互作用，其关系如图1.2所示。图1.2温度─组织─应力相互关系示意图Fig.1.2Thediagramoftemperature-microstructure-stressrelationship.温度和组织的关系：对于连续冷却转变，温度的变化直接影响着相变的进程；对于等温组织转变，温度会对相变速度和相变类型产生影响。总而言之，温度是决定相变能否进行的主要因素。反过来，发生相变时也会有潜热产生，进而影响温度分布。应力应变和温度的关系：材料的各部分温度不同，热胀冷缩的程度不同，引起材料的体积发生变化，就致使热应力产生；材料在较大的热应力或其他外加载荷作用下会发生变形，同时，应力做功也对温度场产生影响。组织转变和应力应变的关系：淬火过程中产生的内应力导致材料发生了相变塑性变形，从而使得工件内部的应力应变场发生重新分布；同时应力应变反过来
第二章热处理过程数值模拟基本原理23b=ln(11)1（2.15）由于转变量与等温时间都和温度有关，因此，n、b值也随着温度的改变而发生变化。公式（2.13）表示的是在等温情况下的组织转变过程，在研究连续冷却过程中不能够直接应用，可先通过对时间离散的方式，将连续冷却过程转化为等温阶梯冷却过程（如图2.2（a）），再运用叠加法则[63-66]把不同温度下的孕育率进行累加。总量达到1时，奥氏体分解为铁素体及碳化物开始发生，孕育率算法如下：∑n=1=1（2.16）式中：为第i个微小等温过程经历的时间，为时间段内的等温温度所对应的相变孕育期。同理，在进行组织转变量计算时，需要先构建一个虚拟转变时间，而后再利用叠加法则进行组织转变量的计算（见图2.2（b））。数学模型如下：+1=[ln(1)+1]1+1（2.17）+1={1[+1(+1+)+1]}（2.18）式中：为在温度下保持时间后的转变量，在进行+1温度下的转变计算时，须先将温度下的转变量，利用公式（2.17）计算出+1温度时所需等温时间+1。图2.2基于TTT曲线的相变量计算模型示意图Fig.2.2SchematicofphasecalculationmodelbasedonTTTcurve.(a)(b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]42CrMo棒材轧后冷却过程组织转变的计算机模拟[J]. 刘才,高林,王玉峰,张志新. 钢铁. 2012(11)
[2]装甲钢马氏体相变塑性的实验研究[J]. 孙朝阳,方刚,雷丽萍,曾攀. 塑性工程学报. 2008(01)
[3]Cr5支承辊用钢马氏体相变的相变塑性研究[J]. 石伟,范洪涛,刘庄. 材料热处理学报. 2006(05)
[4]森吉米尔中间辊淬火温度场的有限元模拟[J]. 陈洪,刘勇,杨贤镛. 材料热处理学报. 2006(04)
[5]A Cooperative Activity on Quenching Process Simulation Japanese IMS-VHT Project on the Benchmark Analysis and Experiment[J]. Tatsuo Inoue,Youichi Watanabe,Kazuo Okamura,Michiharu Narazaki,Hayato Shichino,Hideo Kanaraori,Katsumi Ichitani. 材料热处理学报. 2004(05)
[6]Mathematical Model of Heat Treatment and Its Computer Simulation[J]. Pan Jiansheng 1, Zhang Weimin 1, Tian Dong 2, Gu Jianfeng 1, Hu Mingjuan 1 (1. Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030; 2. Shanghai Volkswagen Automotive Company Ltd., Shanghai 201805). Engineering Sciences. 2004(02)
[7]曲轴加工新技术[J]. 周德生. 机械工人.冷加工. 2004(05)
[8]为创建世界第一造船大国多作贡献——解放思想真抓实干加快武汉地区“三个基地”的建设步伐[J]. 薛海忠. 船海工程. 2004(01)
[9]支撑方式对曲轴渗氮过程畸变影响的有限元分析[J]. 姚新,顾剑锋,李勇军,潘健生. 上海交通大学学报. 2003(02)
[10]2.25Cr-1Mo钢相变塑性的实验研究[J]. 高宁,刘庄,余永平. 金属热处理学报. 2001(03)
博士论文
[1]数值模拟技术在燃气轮机零部件锻造及热处理过程中的应用[D]. 吕成.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]应力影响低合金中碳钢相变的实验研究与建模[D]. 聂振国.清华大学 2012
[2]6xxx铝合金在线淬火换热系数及数值模拟研究[D]. 李彩文.中南大学 2011
[3]30CrMnMo无缝钢管淬火过程温度场、应力场数值模拟[D]. 刘海江.内蒙古科技大学 2010
[4]45钢热处理过程组织转变量预测的试验研究[D]. 钱滨.清华大学 2002
本文编号：3033564
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