论文摘要
淬火过程的计算机模拟是当今淬火过程研究和淬火工艺设计中必不可少的重要研究方法。因淬火过程影响因素众多,边界条件复杂,一直是淬火过程计算机模拟的薄弱环节。因此对其研究具有重要的理论和实际意义。对大型锻件淬火过程的计算机模拟,更是对提高工件性能、减少变形和开裂,控制和保证质量具有重要的意义。本文研究并设计了平板奥氏体不锈钢探头,运用多功能可控热处理实验设备进行了空冷、喷气、喷雾、水淬、油淬等五种冷却工况下冷却曲线的实测,根据反传热法和非线性估算法对综合换热系数进行求解,从而解决了换热系数影响因素多,求解困难的难题。淬火过程是一个复杂耦合的高度非线性问题,本文充分考虑了淬火试件瞬态问题、相变潜热问题、变热物性参数问题、以及温度场、显微组织场和内应力场相互耦合问题,通过DEFORM有限元软件建立了淬火过程的有限元计算模型。并通过试验对模型进行了验证,证明模型的可靠性。根据该有限元模型模拟了轴类件五种冷却工况下的温度场分布,研究了三种典型冷却工况下的热处理应力场和残余应力场分布,分析了淬火试件组织场分布和淬透层深度,为进一步深入研究组织和淬透层深度预测打下了良好的基础。该数值模型对研究和分析大锻件任一时刻、任一位置的温度、组织和应力的变化情况和进一步分析大锻件的淬透层深度、预报产品的组织性能、残余应力的分布等方面有着重要的实践指导意义。并为大型锻件的热处理工艺的合理制定提供了有效的理论依据。为实现淬火过程的智能化打下基础。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 概述1.2 热处理过程的特点和数值模拟方法1.2.1 热处理过程的特点1.2.2 热处理过程的数值模拟方法1.3 热处理过程数值模拟研究概况1.3.1 热处理过程温度场数值模拟研究概况1.3.2 热处理过程组织场数值模拟研究概况1.3.3 热处理过程应力场数值模拟研究概况1.4 热处理过程数值模拟的不足及要解决的问题1.5 大型锻件的冷却方式1.5.1 水冷1.5.2 油冷1.5.3 空冷1.5.4 间隙冷却（断续冷却）1.5.5 喷雾冷却1.6 本课题研究的意义及研究内容第2章 淬火过程的数学模型和换热理论2.1 淬火时热传导基本原理2.1.1 淬火时热传导方程的建立2.1.2 淬火过程的定解条件与定解问题2.1.3 淬火过程的初始条件2.1.4 淬火过程的边界条件2.2 热传导方程的求解方法2.3 逆解法求解非线性导热问题的思路2.4 综合换热系数2.4.1 综合换热系数的概念2.4.2 换热物理过程2.4.3 综合换热系数的求解方法2.5 本章小结第3章 综合换热系数的试验研究与计算3.1 淬火时综合换热系数的求解原理3.2 非线性估算法计算淬火时综合换热系数3.3 综合换热系数的试验研究3.3.1 试验平板探头及制备3.3.2 淬火介质3.3.3 试验原理3.3.4 试验方案3.3.5 试验仪器3.3.6 试验方法3.3.7 采集原理及采集系统的建立3.4 试验结果和换热系数求解结果3.4.1 热电偶标定3.4.2 五种冷却方式下的综合换热系数的计算3.4.3 五种冷却方式下冷却曲线和综合换热系数求解结果3.4.4 结果讨论与误差分析3.5 本章小结第4章 40Cr 轴类件热处理工艺数值模拟4.1 DEFORM 软件介绍4.2 淬火温度场有限元模型4.2.1 相变潜热在温度场的计算4.2.2 综合换热系数在温度场的计算4.2.3 热物性参数在温度场的计算4.2.4 温度场的数值模拟结果与分析4.3 淬火组织场的有限元模型4.3.1 组织转变的模拟方法4.3.2 组织转变数学模型的建立4.3.3 组织转变模拟结果与分析4.4 应力场的有限元模型4.4.1 淬火瞬时应力场模拟结果与分析4.4.2 淬火残余应力的模拟结果与分析4.5 本章小结第5章 40Cr 轴类件热处理工艺试验研究5.1 试样在空冷和水淬下冷却曲线的测试5.1.1 试样材料5.1.2 试样制备5.1.3 热处理工艺流程5.1.4 冷却试验过程及原始数据5.1.5 冷却过程试验数据处理5.1.6 温度试验测试值和模拟值对比5.1.7 温度试验值和模拟值误差分析5.2 试样在空冷和水淬下的金相测试5.2.1 金相试样的制备5.2.2 空冷和水淬试样的金相试验结果5.3 空冷和水淬试样的金相组织模拟分析5.4 试样在空冷和水淬后的硬度测试5.5 硬度模拟和淬透层预测5.5.1 硬度模拟方法5.5.2 淬透层预测5.6 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间承担科研任务与主要成果致谢作者简介
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标签：淬火过程论文; 换热系数论文; 温度场论文; 组织场论文; 应力场论文; 数值模拟论文; 非线性估算法论文;
