钢件喷水淬火冷却过程的有限元建模及温度场预测
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摘要
淬火过程的计算机模拟可以实现对淬火质量的控制与预测，正在日益受到人们的重视。本文以传热学理论为基础，以淬火钢试件为研究对象，用有限元模拟和试验研究相结合的方法，着重研究了喷水淬火工艺参数与淬火工件温度场、组织场及应力场的关系。
首先，为了得到喷水淬火工艺参数与工件冷却速度的相互关系，对45钢圆盘试样分别在自然冷却和喷水冷却过程的温度场进行了实测与有限元模拟。在实验中用热电偶和红外测温仪测得试样在两种条件下的冷却曲线，用反传热法和有限元软件DEFORM进行模拟，通过调整热流密度值，获得热流密度(HF)随表面温度的变化关系；并对所得数据进行拟合，得到热流密度与工件表面温度的函数关系式。该关系式可用来求解热流密度，进而用有限元软件可以预测试样的温度场。
其次，通过对喷水淬火过程的传热进行了详细的分析，讨论了整个淬火冷却过程边界条件的确定问题，建立了钢件淬火过程热流密度之间的关系。在已获得的热流密度公式的基础上，以新型钢20CrSi2Mn2Mo车轮的喷水淬火冷却过程为特例，在充分考虑热物性参数和相变潜热等非线性因素，以及淬火车轮温度场、显微组织场和内应力场相互作用的
The computer simulation of quenching process can realize the controlling and prediction of quenching properties, and has attracted more and more attentions. According to the basic theory of heat transfer, with talking the steel workpiece quenched by high press water sprinkled cooling as the research object, this thesis studies particularly the relationship with quenching progress parameter and temperature field, microstructure field, and internal stress field by using FEM and experiment examination.
First, in order to obtain the relationship between the cooling parameter and the cooling rate of the workpiece, the temperature field of a 45 steel disk is measured and simulated under the natural cooling and the water-sprinkled cooling. The curve of temperature vs time is measured by thermocouple and infrared ray at the two cooling conditions. The simulation is operated by the
首先，为了得到喷水淬火工艺参数与工件冷却速度的相互关系，对45钢圆盘试样分别在自然冷却和喷水冷却过程的温度场进行了实测与有限元模拟。在实验中用热电偶和红外测温仪测得试样在两种条件下的冷却曲线，用反传热法和有限元软件DEFORM进行模拟，通过调整热流密度值，获得热流密度(HF)随表面温度的变化关系；并对所得数据进行拟合，得到热流密度与工件表面温度的函数关系式。该关系式可用来求解热流密度，进而用有限元软件可以预测试样的温度场。
其次，通过对喷水淬火过程的传热进行了详细的分析，讨论了整个淬火冷却过程边界条件的确定问题，建立了钢件淬火过程热流密度之间的关系。在已获得的热流密度公式的基础上，以新型钢20CrSi2Mn2Mo车轮的喷水淬火冷却过程为特例，在充分考虑热物性参数和相变潜热等非线性因素，以及淬火车轮温度场、显微组织场和内应力场相互作用的
The computer simulation of quenching process can realize the controlling and prediction of quenching properties, and has attracted more and more attentions. According to the basic theory of heat transfer, with talking the steel workpiece quenched by high press water sprinkled cooling as the research object, this thesis studies particularly the relationship with quenching progress parameter and temperature field, microstructure field, and internal stress field by using FEM and experiment examination.
First, in order to obtain the relationship between the cooling parameter and the cooling rate of the workpiece, the temperature field of a 45 steel disk is measured and simulated under the natural cooling and the water-sprinkled cooling. The curve of temperature vs time is measured by thermocouple and infrared ray at the two cooling conditions. The simulation is operated by the
引文
[1] 刘庄，吴肇基，吴景之，张毅．热处理过程的数值模拟，北京：科学出版社．1996：119-158
[2] 刘世荣．金属学与热处理．北京：机械工业出版社．1985：149-208刘庄，吴肇基，吴景之，张毅．热处理过程的数值模拟，北京：科学出版社．1996：119-158
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