大长径比薄壁壳体零件真空气淬畸变行为的数值模拟

发布时间：2021-01-05 03:42

　　建立了30Cr3SiNiMoVA钢大长径比薄壁壳体零件的金属-热-力耦合有限元数值分析模型,通过反传热计算获得了壳体不同位置表面综合换热系数曲线,研究了真空气淬过程中薄壁壳体零件的温度场和组织场的演变规律,并对其畸变行为进行了详细分析。研究表明:同一换热面上的冷速大小为薄壁部位>顶部>台阶部位,且阳面的温度变化更为剧烈;应力演变曲线均出现两个峰值,第一个峰值是由温度差异导致的热应力引起的,第二个峰值是由马氏体转变产生的组织应力引起的;淬火之后,阳面高度增加了2.08 mm,增加幅度为0.082%,阴面高度增加了2.33 mm,增加幅度为0.092%,薄壁位置处外径增加了0.81 mm,增加幅度为0.270%,台阶位置处外径增加了0.57 mm,增加幅度为0.186%。实测结果与模拟结果相符,误差小于10%。 

【文章来源】：金属热处理. 2020年07期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

1 实测产品的尺寸变化量

大长径比薄壁壳体所用材料为低合金超高强度钢30Cr3SiNiMoVA，零件在真空气淬炉中的实际装填方式如图1(a)所示，采用6 bar(0.6 MPa)氮气从炉壁向零件喷射。零件靠内侧一面无法被气体直接喷射为阴面，可以被气体直接喷射到的为阳面。该薄壁壳体零件的主体壁厚约为2 mm，中部有一处厚壁台阶，在顶部和底部加厚，长径比约为1250，其立体模型如图1(b)所示。2 薄壁壳体零件表面综合换热系数的确定

图2中右侧的纵截面上有阴面点4、5、6和内表面点7共4个测温点，以其温度-时间曲线作为反传热计算的原始数据。根据工件的形状特点以及冷却情况，设置3个换热区域，分别为阴面上部、阴面中部以及内表面，反传热计算得到对应的换热系数分别记作λ1、λ2、λ3。同理，点1、2为阳面上部、阳面中部的测温点。图3所示为通过反传热计算得到的阴面上部换热系数。为了提高热处理数值仿真计算的收敛性，对反传热计算得到的表面换热系数进行多项式回归拟合，根据回归方程的方差分析得出:F=181.3304,(P<0.0001)=0(F评估组间差异，P衡量控制组与实验组差异大小的指标。F越大方程越显著，P<0.1表示差异极显著)，表明此模型极显著，不同处理间的差异性显著。回归模型的校正系数为0.9783，说明该模型能解释97.83%响应值的变化，仅有总体变异的2.17%不能用此模型解释。因此，该回归模型描述阴面上部的表面换热系数是合理的。各部位换热系数均采用以上方法得到，其结果依次如图4所示。


本文编号：2957953