30CrMnSi钢渗氮与激光淬火复合改性过程数值模拟

发布时间：2017-11-08 04:08

  本文关键词：30CrMnSi钢渗氮与激光淬火复合改性过程数值模拟

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【摘要】：本文对30Cr Mn Si钢渗氮-激光淬火复合改性过程进行了数值模拟与实验验证。采用Matlab,Thermo-calc和Abaqus软件分别对渗氮层内氮浓度分布,Fe-C-N三元相图,激光淬火温度场进行了模拟计算,进而获得了不同复合工艺的改性层硬化层深度、相分布和硬度分布。采用OM、XRD、SEM和EDS等手段对复合改性层的显微组织,相结构和渗入元素分别进行了分析,并对复合改性层的显微硬度分布、残余应力进行了表征。复合改性层的硬化深度模拟结果表明,500?C×16h的渗氮试样经扫描速率为15mm/s的激光改性后硬化深度模拟值最深,达到553μm;相分布模拟结果表明,随渗氮时间延长,复合改性层中的马氏体分布深度有所提高,其分布范围有明显扩大;硬度分布模拟结果表明,复合改性层的硬度分布由表及里可分为渗氮-激光淬火综合影响区(HV740)、激光淬火热影响区(HV552)和基体(HV296)三部分,渗氮时间的延长有利于扩大改性层高硬度区域。组织观察表明,复合改性层由表及里可分为四个区域:残余奥氏体富集区、渗氮-激光淬火复合影响区、激光淬火热影响区和基体。与原始渗氮层相比,激光淬火后改性层厚度显著增加。由XRD结果指出,激光淬火后渗氮层有残余奥氏体生成,表层相结构主要包括γ′-Fe4N、ε-Fe2-3N、AR和α′相;在激光扫描速率较小时,改性层出现Fe3O4。在扫描速率为30mm/s时,复合改性层中出现了ε相向γ′-Fe4N相的转变。EDS分析表明,激光淬火后,最表层内的N含量明显降低。显微硬度测试表明,复合改性层近表层硬度略有降低,改性层内部硬度较高,硬度值可达HV0.1750以上。500?C×16h的渗氮试样经过扫描速率为15mm/s的激光改性后硬度曲线最佳,改性层中的最高硬度可达HV0.1770,硬化深度达540μm。改性层硬度分布的模拟值与实验值基本吻合,N元素的掺杂导致30Cr Mn Si钢奥氏体转变温度降低是渗氮-激光淬火复合改性层硬化区域扩大的主要原因。残余应力测试结果表明,30Cr Mn Si钢渗氮后表面残余应力最大,为N=-749±20.18MPa;渗氮试样经激光淬火后表面残余压应力略有降低,为N-L=-596.5±23.00MPa;激光淬火试样表面残余压应力最小,为L=-160±14.49MPa。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG161

【参考文献】

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本文编号：1155505