钢板连续移动感应淬火温度场数值模拟及实验研究

发布时间：2024-03-24 12:48

　　目的通过数值模拟,研究电源频率、电流密度、钢板移动速度对感应淬火过程中钢板温度场的影响规律,为实际应用中的参数选取提供参考。方法利用ANSYSAPDL语言建立钢板连续移动感应淬火过程的有限元计算模型,对不同工艺参数下的钢板温度场进行数值模拟。以优化后的工艺参数对20mm厚的40Cr钢板进行感应淬火实验,利用热电偶对钢板关键点温度进行测量,通过金相显微镜和显微硬度计对淬火后的钢板进行微观组织和硬度分析。结果钢板关键点温度计算结果与测量结果的最大误差率约为4%,表明该模型具有较高的计算精度。不同工艺参数下钢板温度场的分析结果表明:电源频率越高,电流密度越大,则加热速度越快,且随着电源频率的升高,高温区深度先增大后减小;而电流密度越大,钢板移动速度越慢,则高温区深度越大。钢板淬火后,其厚度方向上的微观组织基本上分为三个区:相变硬化区、热影响过渡区和未相变区。相变硬化区组织为细小的针状马氏体,最高硬度达700HV,淬硬层深度约6 mm;热影响过渡区中马氏体逐渐减少;未相变区仍保持原始珠光体和铁素体组织。结论模拟计算结果与实验结果基本吻合,可用来指导实际应用中的参数选取。

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【部分图文】：

图1实验装置示意图

感应淬火作为一项传统技术，早在19世纪30年代就开始应用于曲轴颈的表面淬火，虽然传统的感应淬火技术在处理曲轴、齿轮、轴承等零部件上取得了良好的效果[1-4]，但在处理材料上，尤其是在处理钢板上的研究和应用还很少。国外曾做过1mm厚AISI8620薄钢带的感应淬火实验，淬火处理后....

图2电磁-热耦合计算流程

感应淬火过程涉及到两个物理场，即电磁场和温度场。交变电磁场使钢板中产生涡流，涡流所产生的焦耳热会影响温度场，而钢板磁导率、电阻率等材料参数受温度影响很大，进而影响电磁场，因此感应淬火过程中，电磁场和温度场之间相互影响、相互耦合。ANSYS电磁-热耦合问题一般采用物理环境法进行求解....

图3连续移动感应淬火动态加载示意图

利用ANSYS模拟连续移动感应淬火的一个关键问题在于，如何处理工件的运动。采用线圈单元网格随时间移动代替工件连续移动，利用APDL语言实现感应加热和喷水冷却的动态加载，如图3所示。建立有限元模型时，将线圈经过的路径全部赋予线圈的单元类型和材料参数，并将该路径进行网格划分。施加电流....

图4钢板在不同时刻的温度分布

图4为钢板在不同时刻（电源频率6kHz，电流密度4×106A/m2，钢板移动速度2mm/s）的温度分布云图。由于感应加热存在集肤效应，高温区（超过40Cr钢Ac3温度的区域）集中在钢板表层一定深度内；又由于连续移动感应淬火过程中，钢板加热后立即进行喷水冷却，高温区只集中在....

本文编号：3937473