發(fā)布時間：2020-10-11 07:50

　　 由于環(huán)保和節(jié)能的需要,汽車的輕量化已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展的潮流,提高輕量化和高強(qiáng)度材料的使用比例是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的最直接途徑。浸沒式淬火由于優(yōu)良的均溫性能,是一種廣泛應(yīng)用于材料性能提升的熱處理方式。浸沒式淬火過程非常復(fù)雜,涉及淬火工件本身的溫度場、應(yīng)力場和組織場,冷卻介質(zhì)的流場以及他們之間的相互作用。預(yù)測工件表面及其內(nèi)部溫度變化規(guī)律,控制冷卻速度,對于提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量、提升產(chǎn)品性能非常關(guān)鍵。本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方法研究了304不銹鋼板材和45鋼內(nèi)六角扳手浸沒式淬火過程。結(jié)果表明:1.臨界熱流密度系數(shù)作為數(shù)值模擬中的重要邊界條件,會對浸沒式淬火過渡沸騰和核態(tài)沸騰階段的模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。臨界熱流密度系數(shù)增加會導(dǎo)致過渡沸騰階段的冷卻速度加快,Leidenforst點(diǎn)后的溫度變化曲線斜率更陡。2.不同方式浸沒對工件冷卻過程的冷卻速率和均勻性有明顯影響,內(nèi)六角扳手水平入水淬火冷卻速率較快,但冷卻不均勻;內(nèi)六角扳手豎直入水淬火冷卻速率較慢,冷卻相對均勻。3.浸沒式淬火過程中,工件冷卻速度過快會使溫度呈梯度分布而形成熱應(yīng)力。工件在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變,致使表面有碎屑脫落。4.本文采用的數(shù)值模擬方法能夠準(zhǔn)確模擬出工件任一位置在浸沒式淬火過程中的溫度變化規(guī)律,以及沸騰傳熱階段的汽泡生成情況。利用模擬得到的溫度場分布情況可對工件熱應(yīng)力的預(yù)測提供參考,對實(shí)際生產(chǎn)過程提供指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TG156.3;TG142.1;U466
【部分圖文】：

得一些廉價、低性能的材料獲得較強(qiáng)的力學(xué)性能[4]。將熱處理工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)相結(jié)合，就可以提供熱處理過程的實(shí)時在線控制和在線決策[8]。此外在一些國際性企業(yè)，適用于規(guī)模化生產(chǎn)的熱處理過程虛擬制造系統(tǒng)也已經(jīng)在開發(fā)中，并伴隨著計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)不斷取得新進(jìn)展。在可以預(yù)見的一段時間內(nèi)，這些技術(shù)將會陸續(xù)推廣使用。淬火過程的數(shù)值模擬雖然在其強(qiáng)大的生命力下取得了長足的進(jìn)展，得到了相關(guān)的領(lǐng)域的日益重視，但熱處理過程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)仍處在它自身的發(fā)展期，這也意味著我們還有許多問題等待深入的研究，還有很多工作要做。對技術(shù)的渴求是永無止境的，隨著研究的不斷深入，對淬火過程計(jì)算機(jī)模擬的要求也不斷提高。每一次的改進(jìn)都力求更好的、更真實(shí)的反映出淬火過程中各種因素的交互作用。如我們已知的，在淬火過程中，金屬工件與被冷卻介質(zhì)包裹，在極短暫的時間內(nèi)完成大部分的熱量交換，此時工件本身的溫度場、組織場、應(yīng)力應(yīng)變場不斷變化[9]，工件周圍冷卻介質(zhì)的流場結(jié)構(gòu)也不盡相同，每一個因素都對最終的淬火效果和工件質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響。此外淬火工件本身和冷卻介質(zhì)間還發(fā)生著流場和溫度場等之間的相互作用和相互影響,具體見圖見圖 1-1。

在研究過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)只圍繞淬火工件或淬火介質(zhì)開展的工作有較大性。在對淬火工件進(jìn)行單獨(dú)模擬時，需要通過實(shí)驗(yàn)獲取表面綜合換熱系數(shù)施加到表面，工況改變時邊界條件也隨之改變，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依賴過大；在對淬火介質(zhì)進(jìn)值模擬時，忽略了淬火過程中介質(zhì)相變產(chǎn)生的沸騰傳熱和兩相流動，僅依靠動量和能量守恒定律，模擬結(jié)果與實(shí)際存在較大偏差。在當(dāng)前的研究中，淬火過程中和流場耦合模擬的研究已取得了一定進(jìn)展，但模擬結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)還存在一定后續(xù)淬火過程的數(shù)值模擬應(yīng)圍繞沸騰傳熱及兩相流動問題，進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)學(xué)模型高模擬精度，最終實(shí)現(xiàn)不依賴于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的、模擬結(jié)果可靠的工件和流場耦合的模擬，為實(shí)現(xiàn)淬火過程的精準(zhǔn)可控奠定必要的理論基礎(chǔ)。如前一節(jié)所述，伴隨著淬火過程中的熱量傳遞，冷卻介質(zhì)的溫度場與流場發(fā)變，進(jìn)而與淬火工件溫度場相互影響。此外，工件的應(yīng)力應(yīng)變場和組織場也與自度的變化息息相關(guān)，各場量之間同時存在著多維度的影響關(guān)系。另一方面，在淬程的初始階段，由于工件溫度遠(yuǎn)高于冷卻介質(zhì)在該工況下的飽和溫度，會發(fā)生劇沸騰相變傳熱過程，這個過程一般包含四個階段。以飽和水為例，具體過程如下示。

圖 3-1 高溫馬弗爐及其控制器Fig3-1 High temperature muffle furnace and its controller圖 3-2 可拆卸陶瓷塞
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本文編號：2836300