T10鋼高壓氣體淬火過(guò)程中的數(shù)值模擬和應(yīng)用研究.pdf

1、為了深入研究金屬及合金高壓氣體淬火技術(shù)的理論及應(yīng)用情況，預(yù)測(cè)工件高壓氣體淬火后的性能，論文結(jié)合力學(xué)、傳熱學(xué)、材料科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科知識(shí)，從T10鋼高壓氮?dú)獯慊饘?shí)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)金屬及合金高壓氣體淬火過(guò)程進(jìn)行了理論研究和數(shù)值模擬。 論文從高壓氣體淬火工藝的工業(yè)應(yīng)用情況出發(fā)，綜合分析了高壓氣體淬火技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、高壓氣體淬火數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀；主要研究了金屬及合金工件高壓氣體淬火時(shí)非線性導(dǎo)熱的基本情況和相關(guān)的數(shù)學(xué)模型；模擬計(jì)算了T10

2、鋼高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)工件內(nèi)相成分變化情況和相變潛熱釋放量；計(jì)算了工件高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)的表面綜合換熱系數(shù)；研究了T10鋼工件高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)的淬冷溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)；測(cè)試了T10鋼工件高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)的冷卻曲線、工件淬火后的硬度；觀測(cè)了淬火后工件中的微觀組織；比較了T10鋼在不同氮?dú)鈮毫ο麓慊饡r(shí)的情況，討論了主要研究結(jié)果和結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：1.T10鋼高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)，工件的內(nèi)外溫差小，相應(yīng)的熱變形和熱應(yīng)力也較小，淬火后工件表面清潔，表

3、面質(zhì)量好；2.隨著氮?dú)鈮毫Φ奶岣?，氣體的冷卻能力、工件的冷卻速度、工件淬火后的硬度等都得到了不同程度的提高。 理論研究和數(shù)值模擬研究的結(jié)果表明：1.應(yīng)用有限差分法、非線性估計(jì)法以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬及合金高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)耦合相變效應(yīng)情況下的表面綜合換熱系數(shù)的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，除相變階段外，高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)的表面綜合換熱系數(shù)比較平穩(wěn)，隨著氮?dú)鈮毫Φ奶岣撸砻婢C合換熱系數(shù)呈總體增大趨勢(shì)。2.應(yīng)用材料的TTT曲線、Johnson

4、-Mehlhe動(dòng)力學(xué)計(jì)算式和Avrami動(dòng)力學(xué)計(jì)算式所建立的金屬及合金相成分計(jì)算模型能夠?qū)崿F(xiàn)金屬及合金材料高壓氣體淬火時(shí)相成分的數(shù)值模擬計(jì)算。3.利用ANSYS有限元分析軟件可以實(shí)現(xiàn)金屬及合金材料高壓氣體淬火冷卻時(shí)耦合相變因素情況下的溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)和殘余應(yīng)力的模擬計(jì)算。 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較分析表明：T10鋼高壓氮?dú)獯慊饡r(shí)的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際情況相吻合。高壓氮?dú)獯憷錅囟葓?chǎng)的有限差分法計(jì)算結(jié)果和ANSYS有限元分析軟件計(jì)