装甲薄钢板脉冲压淬工艺及装备关键技术研究
发布时间：2022-01-16 04:55
高强度装甲薄钢板大量应用于装甲车、防弹车、火炮等军工装备。高强度装甲薄钢板经过热处理后,屈服强度可达到960～1150 MPa以上。淬火后,容易产生较大变形,且淬后的薄钢板由于强度较高,传统校平处理难以消除薄钢板变形。本文针对6 mm厚装甲薄钢板的淬火变形问题,利用有限元分析软件对工艺过程进行数值模拟,分析其热处理过程后工件的变形规律,提出合理的脉冲压淬精密控形方案,并以有限元模拟结果为参考,优化了装甲薄钢板脉冲压淬装备的设计。本文的研究内容和研究成果如下。本文以6 mm厚685装甲薄钢板为研究对象,建立有限元模型,利用数值模拟的方法,研究装甲薄钢板空冷过程中温度随时间的变化规律,研究结果显示6mm厚的装甲薄钢板从炉内到淬火机床的转移时间应控制在42 s以内。利用数值模拟的方法,模拟了装甲薄钢板的无约束热处理过程,分析淬火过程中装甲薄钢板的温度变化规律,探究了残余应力作用下产生的变形情况,并对变形结果进行定量分析。结果表明,在无约束淬火条件下,装甲薄钢板在厚度方向上的局部变形量较大,约为21.1 mm。并得到无约束淬火过程中残余应力为12 800N。针对淬火过程中装甲薄钢板的变形问题,...
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１平直度的相对长度表示法??Ｆｉｇ?２－１?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｌｅｎｇｔｈ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｌａｔｎｅｓｓ??
?机械科学研究总院硕士学位论文???Ｉ?＝ｙＸ?１０５?公式（２－２）??２．１．２波形表示法??实际生产过程中，人们习惯用更为直观的方法，即以翘曲和波形来表示平直度［３４】。??沿钢板长度方向截断，放置到标准平台上，如图２－２所示。其断面近似为正弦波的形状，??则可将翘曲程度Ｘ表示为：??入＝?＞ｘｌＯＯ％?公式（２－３）??式中，办表示浪形波高，Ｌｖ表示波长。??Ｌｙ＼ｔ＾Ｌｆ??平台??．?＾?Ｌｒ???图２－２波形表示法??Ｆｉｇ?２－２Ｗａｖｅｆｏｒｍ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ??相对延伸差和翘曲度的关系，如式２－４所示：??竽＝４人２?公式（２－４）??对于厚度６ｍｎ＾Ｓ＾８ｍｍ的钢板，根据ＧＢ／Ｔ７０９－２００６《热轧钢板和钢带的尺寸、外??形、重量及允许偏差》，板材局部平直度的标准要求为每米不大于２?ｍｍ。??２．２常见的板形缺陷??热处理过程中产生的板形缺陷是多种多样的，国内学者将板形缺陷分为平直度和横??向厚差缺陷两大类。其中，平直度缺陷是薄钢板发生弯曲变形的结果，包括直弯度／翘曲??度、波浪、镰刀弯和复杂翘曲等。横向厚差缺陷是薄钢板发生屈曲变形的结果，包括凸??度、楔度、边降和局部凹凸ｆ３５＿３７］等。这些都严重影响成品的质量和使用寿命，阻碍了板??９??
?机械科学研宄总院硕士学位论文???根据材料，计算得到材料的ＣＣＴ曲线。如图３－１所示。装甲薄钢板要想获得良好的??工艺性能，需要确定冷却速度。因此，冷却介质既要有良好的冷却能力，同时又容易获??得，根据材料的冷却曲线，选定冷却方式，实现工艺效果。??ＣＣＴ??阳匕二、Ｉ丨Ｉ剛杳带Ｉ料：纖１１??？?１?１１?ｆ?ｉｌｌ－．?Ｓｖ?＼：??１］丨！續｜：＿歡??０．１?１?１０?１００?１０Ｗ?１００００?１０００００??ＡｕａｔａｒｔＵｔａＨｏｎ?ｌｏｍｐａｒａｌｕｒ．?＜〇：?ＭＯＪＯ??ＣｉａｋｉｒｉＭ：Ｐｉｌ?ＡＳＴＭ??图３－１?６８５装甲板的ＣＣＴ曲线??Ｆｉｇ３－１?６８５?ＣＣＴ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｒｍｏｒ?ｐｌａｔｅ??根据ｃｃｔ曲线，避免获得高温组织的冷却速度应大于ｒｃ／ｓ，马氏体临界转变速度??为１０°Ｃ／ｓ。冷却速度过快，则会造成淬火应力过大。因此，采用水作为冷却介质最为合??适。??实际生产过程中，淬火模具淬火强度较高，装甲薄钢板冷却速度较大，工艺复杂，??对淬火过程的控制难度较大。装甲薄钢板冷却过程中，由于冷却速度较高，冷却不均匀??会造成装甲薄钢板性能的不均匀，进而发生板材变形。因此，淬火冷却过程中，冷却条??件必须达到，一是髙的冷却速度的可控制性，二是对工件冷却的均匀性。采用上下表面??喷淬的淬火形式，可以满足这样的要求。装甲板的淬火方式如图３－２所示。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢板板形控制技术应用发展综述[J]. 李红伟,张所全. 科学咨询（科技·管理）. 2019(07)
[2]超宽幅特殊钢中厚板连续热处理装备技术研发和应用[J]. 王昭东,李家栋,付天亮,李勇,韩钧. 轧钢. 2019(03)
[3]6 mm薄规格耐磨钢板淬火板形影响因素分析及控制措施[J]. 王琨铭,熊文铭,肖颖,阳隽觎,罗朝清,付延宜. 江西冶金. 2019(01)
[4]平直度板型及控制应用[J]. 田凯. 中国金属通报. 2018(12)
[5]淬火薄板板型控制影响因素分析[J]. 尚建雄,雷钧皓,管亚飞,郭桐. 热处理技术与装备. 2017(03)
[6]国外均质轧制装甲钢板的生产现状及发展方向[J]. 侯登义. 四川冶金. 2017(01)
[7]铲刃板压力淬火过程的数值模拟与变形分析[J]. 王占军,张笑宇,李贤君,巫小林,谷磊. 材料导报. 2016(S2)
[8]高强薄钢板喷淬过程传热系数的测定和分析[J]. 刘子聃,李贤君,王占军,巫小林,张笑宇,王晓旭. 金属热处理. 2016(05)
[9]金属材料先进热处理装备、工艺和产品研发[J]. 王国栋. 金属热处理. 2016(01)
[10]基于DEFORM有限元仿真的弧齿锥齿轮热处理过程残余应力与变形分析[J]. 王延忠,陈云龙,张祖智,陈燕燕,刘旸. 机械传动. 2016(01)
博士论文
[1]热轧带钢轧后板形演变规律研究[D]. 邱增帅.北京科技大学 2017
[2]钢板带板形瓢曲与翘曲变形行为研究[D]. 卢兴福.北京科技大学 2015
[3]冷轧高强钢板带热处理过程板形变化规律研究[D]. 曹强.北京科技大学 2015
硕士论文
[1]轴类锻件热处理工艺的数值模拟与试验验证[D]. 潘伟平.山东大学 2018
[2]锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究[D]. 侯兴隆.哈尔滨工程大学 2018
[3]热轧带钢板形控制模型研究及应用[D]. 宋敏.辽宁科技大学 2016
[4]基于十字激光的中厚钢板平直度检测方法研究[D]. 杨明敏.浙江理工大学 2016
[5]中厚板射流冲击冷却换热特性研究[D]. 郭喜涛.东北大学 2015
[6]高强度钢板热成形换热系数估算及实验研究[D]. 廖铮玮.大连理工大学 2013
[7]强约束条件下伞齿轮淬火工艺仿真及其变形控制[D]. 丁立勇.哈尔滨工业大学 2012
[8]中厚板辊式淬火过程温度场及应力场数值模拟[D]. 郭明清.内蒙古科技大学 2012
[9]低压转子淬火工艺过程数值模拟的研究[D]. 王晓燕.上海交通大学 2011
[10]高强度薄板淬火过程的变形控制[D]. 罗海.机械科学研究总院 2008
本文编号：3591978
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１平直度的相对长度表示法??Ｆｉｇ?２－１?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｖｅ?ｌｅｎｇｔｈ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｌａｔｎｅｓｓ??
?机械科学研究总院硕士学位论文???Ｉ?＝ｙＸ?１０５?公式（２－２）??２．１．２波形表示法??实际生产过程中，人们习惯用更为直观的方法，即以翘曲和波形来表示平直度［３４】。??沿钢板长度方向截断，放置到标准平台上，如图２－２所示。其断面近似为正弦波的形状，??则可将翘曲程度Ｘ表示为：??入＝?＞ｘｌＯＯ％?公式（２－３）??式中，办表示浪形波高，Ｌｖ表示波长。??Ｌｙ＼ｔ＾Ｌｆ??平台??．?＾?Ｌｒ???图２－２波形表示法??Ｆｉｇ?２－２Ｗａｖｅｆｏｒｍ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ??相对延伸差和翘曲度的关系，如式２－４所示：??竽＝４人２?公式（２－４）??对于厚度６ｍｎ＾Ｓ＾８ｍｍ的钢板，根据ＧＢ／Ｔ７０９－２００６《热轧钢板和钢带的尺寸、外??形、重量及允许偏差》，板材局部平直度的标准要求为每米不大于２?ｍｍ。??２．２常见的板形缺陷??热处理过程中产生的板形缺陷是多种多样的，国内学者将板形缺陷分为平直度和横??向厚差缺陷两大类。其中，平直度缺陷是薄钢板发生弯曲变形的结果，包括直弯度／翘曲??度、波浪、镰刀弯和复杂翘曲等。横向厚差缺陷是薄钢板发生屈曲变形的结果，包括凸??度、楔度、边降和局部凹凸ｆ３５＿３７］等。这些都严重影响成品的质量和使用寿命，阻碍了板??９??
?机械科学研宄总院硕士学位论文???根据材料，计算得到材料的ＣＣＴ曲线。如图３－１所示。装甲薄钢板要想获得良好的??工艺性能，需要确定冷却速度。因此，冷却介质既要有良好的冷却能力，同时又容易获??得，根据材料的冷却曲线，选定冷却方式，实现工艺效果。??ＣＣＴ??阳匕二、Ｉ丨Ｉ剛杳带Ｉ料：纖１１??？?１?１１?ｆ?ｉｌｌ－．?Ｓｖ?＼：??１］丨！續｜：＿歡??０．１?１?１０?１００?１０Ｗ?１００００?１０００００??ＡｕａｔａｒｔＵｔａＨｏｎ?ｌｏｍｐａｒａｌｕｒ．?＜〇：?ＭＯＪＯ??ＣｉａｋｉｒｉＭ：Ｐｉｌ?ＡＳＴＭ??图３－１?６８５装甲板的ＣＣＴ曲线??Ｆｉｇ３－１?６８５?ＣＣＴ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ａｒｍｏｒ?ｐｌａｔｅ??根据ｃｃｔ曲线，避免获得高温组织的冷却速度应大于ｒｃ／ｓ，马氏体临界转变速度??为１０°Ｃ／ｓ。冷却速度过快，则会造成淬火应力过大。因此，采用水作为冷却介质最为合??适。??实际生产过程中，淬火模具淬火强度较高，装甲薄钢板冷却速度较大，工艺复杂，??对淬火过程的控制难度较大。装甲薄钢板冷却过程中，由于冷却速度较高，冷却不均匀??会造成装甲薄钢板性能的不均匀，进而发生板材变形。因此，淬火冷却过程中，冷却条??件必须达到，一是髙的冷却速度的可控制性，二是对工件冷却的均匀性。采用上下表面??喷淬的淬火形式，可以满足这样的要求。装甲板的淬火方式如图３－２所示。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
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[2]超宽幅特殊钢中厚板连续热处理装备技术研发和应用[J]. 王昭东,李家栋,付天亮,李勇,韩钧. 轧钢. 2019(03)
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[5]淬火薄板板型控制影响因素分析[J]. 尚建雄,雷钧皓,管亚飞,郭桐. 热处理技术与装备. 2017(03)
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[7]铲刃板压力淬火过程的数值模拟与变形分析[J]. 王占军,张笑宇,李贤君,巫小林,谷磊. 材料导报. 2016(S2)
[8]高强薄钢板喷淬过程传热系数的测定和分析[J]. 刘子聃,李贤君,王占军,巫小林,张笑宇,王晓旭. 金属热处理. 2016(05)
[9]金属材料先进热处理装备、工艺和产品研发[J]. 王国栋. 金属热处理. 2016(01)
[10]基于DEFORM有限元仿真的弧齿锥齿轮热处理过程残余应力与变形分析[J]. 王延忠,陈云龙,张祖智,陈燕燕,刘旸. 机械传动. 2016(01)
博士论文
[1]热轧带钢轧后板形演变规律研究[D]. 邱增帅.北京科技大学 2017
[2]钢板带板形瓢曲与翘曲变形行为研究[D]. 卢兴福.北京科技大学 2015
[3]冷轧高强钢板带热处理过程板形变化规律研究[D]. 曹强.北京科技大学 2015
硕士论文
[1]轴类锻件热处理工艺的数值模拟与试验验证[D]. 潘伟平.山东大学 2018
[2]锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究[D]. 侯兴隆.哈尔滨工程大学 2018
[3]热轧带钢板形控制模型研究及应用[D]. 宋敏.辽宁科技大学 2016
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[5]中厚板射流冲击冷却换热特性研究[D]. 郭喜涛.东北大学 2015
[6]高强度钢板热成形换热系数估算及实验研究[D]. 廖铮玮.大连理工大学 2013
[7]强约束条件下伞齿轮淬火工艺仿真及其变形控制[D]. 丁立勇.哈尔滨工业大学 2012
[8]中厚板辊式淬火过程温度场及应力场数值模拟[D]. 郭明清.内蒙古科技大学 2012
[9]低压转子淬火工艺过程数值模拟的研究[D]. 王晓燕.上海交通大学 2011
[10]高强度薄板淬火过程的变形控制[D]. 罗海.机械科学研究总院 2008
本文编号：3591978
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