本文關(guān)鍵詞： 霧化 淬火 應(yīng)力場 換熱系數(shù) 流場　出處：《昆明理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：淬火是最常采用的改善金屬材料組織形態(tài)和機(jī)械性能的熱處理工藝之一,但傳統(tǒng)的淬火工藝由于淬火介質(zhì)的冷卻性能不夠理想和不易控制,往往導(dǎo)致工件淬火后產(chǎn)生各種缺陷而報(bào)廢。霧化氣體淬火采用氣體和液體混合霧化后作為淬火介質(zhì),能通過調(diào)整其成分、流速、壓力等參數(shù)獲得所需的淬冷速度,同時(shí)還具有清潔、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn),是一個(gè)應(yīng)用面廣,潛力大,前景廣闊的研究方向。淬火件的變形及開裂問題是實(shí)際生產(chǎn)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn),這在大型鍛件、高合金鋼及精密零部件的淬火熱處理中尤其突出。淬火應(yīng)力是導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形和開裂的基本原因,對(duì)其進(jìn)行預(yù)測、控制一直是相關(guān)科學(xué)和工程技術(shù)人員極為關(guān)注的內(nèi)容。目前,國內(nèi)外對(duì)霧化氣體淬火過程中的應(yīng)力場研究還較少,在其模型的建立,數(shù)值方法的選用和殘余應(yīng)力的測試等方面都需要進(jìn)行更深入的研究。針對(duì)上述問題,本文采用理論分析、計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,應(yīng)用多學(xué)科交叉研究霧化氣體淬火時(shí)考慮多因素影響的應(yīng)力場,重點(diǎn)研究其數(shù)理模型、邊界條件、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測試。本文的主要研究工作和結(jié)果如下：(1)霧化氣體淬火時(shí)考慮多因素影響的應(yīng)力場數(shù)理模型研究。論文充分考慮到霧化氣體淬火的特殊性,分析了淬火應(yīng)力的產(chǎn)生原因和霧化氣體淬火過程多物理場之間的相互耦合關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用多學(xué)科知識(shí),推導(dǎo)了淬火熱傳導(dǎo)控制方程、相變條件和材料性能參數(shù)的計(jì)算公式,并將相變因素引入到熱彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系中,提出了包含相變影響的霧化氣體淬火過程應(yīng)力場的本構(gòu)方程,較真實(shí)的反映了霧化氣體淬火過程工件應(yīng)力場的實(shí)際情況。(2)淬火過程霧化氣體流場研究和應(yīng)力場氣流壓力邊界條件確定。采用混合模型,應(yīng)用基于有限體積法的流體動(dòng)力學(xué)模擬軟件FLUENT對(duì)不同介質(zhì)流速工況下的霧化氣體流場進(jìn)行了耦合數(shù)值模擬,得到了淬火介質(zhì)流體的速度場、壓力場的分布和規(guī)律,并確定了淬火應(yīng)力場的氣壓邊界條件。流場模擬結(jié)果表明：隨著霧化氣體進(jìn)口流速的增大,工件附近淬火介質(zhì)的流速和壓力也變大；在相同氣流進(jìn)口速度的情況下,在淬火箱內(nèi)筒壁面與導(dǎo)流環(huán)間距離較小,且導(dǎo)流環(huán)傾角為60度時(shí),淬火箱中的流場速度和壓力值都較大,且分布均勻,流動(dòng)穩(wěn)定。(3)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化和霧化氣體淬火實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)試件不同放置位置和不同結(jié)構(gòu)淬火箱的流場模擬結(jié)果,獲得了淬火箱的結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化參數(shù),對(duì)淬火設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn),并以此設(shè)備進(jìn)行了大量的霧化氣體淬火實(shí)驗(yàn)和研究工作。設(shè)計(jì)了試件霧化氣體淬火、連續(xù)冷卻曲線采集、殘余應(yīng)力測試以及淬火介質(zhì)流速測試的實(shí)驗(yàn)方案,并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn),獲得了相關(guān)模擬計(jì)算的依據(jù)數(shù)據(jù),同時(shí)還根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)模擬和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證,并對(duì)模型和理論進(jìn)行修正。(4)霧化氣體淬火換熱邊界條件研究。霧化氣體淬火換熱過程是對(duì)流、輻射和沸騰換熱等的綜合,且往往伴隨著材料相變潛熱的釋放,想要對(duì)其換熱系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測試往往是不可能的。本文基于反演問題的理論和方法,根據(jù)實(shí)測的試件內(nèi)部溫度場數(shù)據(jù),采用非線性反求估算法和有限差分法用Matlab軟件編程求解熱傳導(dǎo)逆問題,獲得多因素影響作用下的應(yīng)力場傳熱邊界條件一表面綜合換熱系數(shù)。研究結(jié)果表明這是一種由內(nèi)部某一已知量來確定邊界條件進(jìn)而研究多參數(shù)耦合效應(yīng)的有效研究思路和方法。(5)霧化氣體淬火應(yīng)力場數(shù)值模擬和殘余應(yīng)力場測試研究。將表面綜合換熱系數(shù)和試件表面的氣流壓力作為應(yīng)力場的換熱和壓力邊界條件,運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS建立了淬火件的幾何模型和有限元模型,施加相應(yīng)的位移邊界條件并導(dǎo)入考慮相變影響的材料性能參數(shù),對(duì)多因素影響的淬火應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算和分析。然后采用鉆孔法對(duì)霧化氣體淬火冷卻后試件的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測量并采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明,淬火殘余應(yīng)力的有限元數(shù)值模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果較吻合,表明本文對(duì)霧化氣體淬火時(shí)的應(yīng)力場數(shù)值模擬是有效的。(6)腹板式齒輪在霧化氣體淬火過程中的瞬態(tài)應(yīng)力場模擬研究。利用已經(jīng)證明是正確有效的淬火冷卻時(shí)應(yīng)力場的有限元求解方法,模擬計(jì)算了復(fù)雜形狀的腹板式齒輪在霧化氣體淬火過程中的瞬態(tài)應(yīng)力場,得到了齒輪應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果曲線和三維表面和切片截面的應(yīng)力場云圖變化情況,較直觀的展示了齒輪內(nèi)部應(yīng)力分布和變化情況,模擬結(jié)果為零件霧化氣體淬火工藝方案的制定和工藝參數(shù)的選擇提供了重要依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG156.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李輝平,趙國群,欒貽國,王廣春;淬火過程有限元模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2004年05期

2 李輝平;趙國群;欒貽國;牛山廷;;淬火過程初應(yīng)變項(xiàng)對(duì)淬火殘余應(yīng)力的影響[J];塑性工程學(xué)報(bào);2006年04期

3 安濤;付斌;沈曉輝;章靜;閻軍;;火車車輪淬火過程數(shù)值模擬[J];計(jì)算機(jī)輔助工程;2006年S1期

4 明平劍;姜任秋;;淬火過程流動(dòng)與傳遞現(xiàn)象數(shù)值模擬[J];化工學(xué)報(bào);2007年05期

5 付斌;安濤;沈曉輝;章靜;閻軍;;火車車輪淬火過程中的溫度場[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);2007年09期

6 王同珍;;淬火過程溫度場和組織場的模擬[J];重型機(jī)械;2008年06期

7 張俊鴿;張偉民;郝曉偉;馬燁;;動(dòng)態(tài)淬火過程的流-固耦合數(shù)值模擬[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2008年03期

8 賀連芳;李輝平;趙國群;;淬火過程中溫度、組織及應(yīng)力/應(yīng)變的有限元模擬[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2011年01期

9 段金良;劉宇雁;陳林;;重軌淬火過程溫度場數(shù)值模擬分析[J];內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

10 袁美玲;張立娟;劉毅;董延春;宋秀鳳;;35CrMo鋼淬火過程數(shù)值模擬研究[J];大電機(jī)技術(shù);2012年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 石偉;武世勇;張向琨;劉莊;;淬火過程的三維數(shù)值模擬研究與軟件開發(fā)[A];首屆中國熱處理活動(dòng)周論文集[C];2002年

2 喬馨;于峰;劉源;;薄規(guī)格鋼板淬火過程中的板形控制[A];2011年全國中厚板生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

3 陳煒;王冬穎;郝建國;;基于Ansys Workbench離心壓縮機(jī)合金結(jié)構(gòu)鋼法蘭淬火過程溫度場的數(shù)值模擬[A];第八屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

4 王同珍;蔡大勇;李強(qiáng);廖波;肖立春;;淬火過程組織轉(zhuǎn)變?cè)杏诘哪M計(jì)算[A];第三屆中國熱處理活動(dòng)周暨第六次全國熱處理生產(chǎn)技術(shù)改造會(huì)議論文專輯[C];2005年

5 周謙永;張偉民;陳乃錄;王鳴華;宋冬利;;特種端淬實(shí)驗(yàn)方法的研究[A];第三屆中國熱處理活動(dòng)周暨第六次全國熱處理生產(chǎn)技術(shù)改造會(huì)議論文專輯[C];2005年

6 DavidJenista;段剛;;高性能淬火:在最小的空間內(nèi)獲得最大的性能[A];2013年全國鋁加工技術(shù)及應(yīng)用交流會(huì)論文集[C];2013年

7 謝琰軍;聶寶華;劉培英;;7050鋁合金淬火析出模型[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 張映冬;;45鋼接箍調(diào)質(zhì)裂紋及工藝分析[A];西北五省區(qū)第四屆熱處理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下）[C];1990年

9 王志堅(jiān);徐成海;李福忠;李孟春;白玉石;;圓柱體工件高壓氣淬過程中的數(shù)值模擬[A];2004’全國真空冶金與表面工程學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 李自良;考慮多因素影響的霧化氣體淬火過程應(yīng)力場研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

2 李輝平;淬火過程有限元模擬關(guān)鍵技術(shù)及工藝參數(shù)優(yōu)化的研究[D];山東大學(xué);2005年

3 李強(qiáng);淬火過程的計(jì)算機(jī)模擬與試驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2003年

4 牛山廷;淬火冷卻過程三維有限元模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化的研究[D];山東大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 侯通;鋁合金T形鍛件固溶淬火過程數(shù)值模擬[D];燕山大學(xué);2016年

2 呂東;滲碳零件淬火過程數(shù)值模擬簡化模型研究[D];燕山大學(xué);2016年

3 李超;AP1000核電主管道淬火過程溫度場應(yīng)力場的數(shù)值模擬[D];南昌航空大學(xué);2016年

4 高延熹;基于分布參數(shù)模型的變厚度盤坯氣淬過程控制策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 申學(xué)良;風(fēng)電機(jī)組主軸淬火過程的數(shù)值模擬及應(yīng)用分析研究[D];重慶大學(xué);2016年

6 明平劍;淬火過程傳熱與流動(dòng)規(guī)律數(shù)值研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2006年

7 王楊;霧化氣體淬火過程中流場與傳熱的數(shù)值模擬[D];昆明理工大學(xué);2011年

8 張俊鴿;動(dòng)態(tài)淬火過程流場—溫度場的耦合計(jì)算[D];上海交通大學(xué);2007年

9 王同珍;淬火過程的計(jì)算機(jī)模擬[D];燕山大學(xué);2004年

10 王大鵬;軸對(duì)稱大鍛件淬火過程溫度場及組織場的數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2002年

，

本文編號(hào)：1465990