齒輪鋼通常采用滲碳淬火熱處理工藝以獲得良好的外硬內(nèi)韌的綜合力學(xué)性能,該工藝已在機(jī)械制造、汽車(chē)和航空航天等多個(gè)重要領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在工業(yè)4.0技術(shù)和智能制造引領(lǐng)制造業(yè)的背景下,隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算方法的引入和快速發(fā)展,熱處理的數(shù)值模擬大大的提高了人們對(duì)熱處理過(guò)程的控制能力和理解水平。而數(shù)值模擬的精確度不僅要以先進(jìn)的基礎(chǔ)理論、正確的數(shù)學(xué)模型和高效的數(shù)值計(jì)算方法為支撐,材料參數(shù)的準(zhǔn)確度和完整性也無(wú)疑起著關(guān)鍵作用。因此,本文在考慮碳含量對(duì)滲碳淬火鋼的材料參數(shù)影響的基礎(chǔ)上,制備了不同滲層深處碳含量的18CrNiMo7-6試樣,采用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡、熱模擬試驗(yàn)以及力學(xué)性能測(cè)試等方法,測(cè)量并建立了18CrNiMo7-6滲碳鋼在不同碳含量下的的力學(xué)性能和相變動(dòng)力學(xué)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù);同時(shí),采用DEFORM-HT軟件對(duì)滲碳以及淬火工藝進(jìn)行數(shù)值模擬,并對(duì)滲碳淬火樣品的碳梯度、組織場(chǎng)、殘余應(yīng)力場(chǎng)和硬度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;最后,基于混合相硬度的加權(quán)平均計(jì)算方法,提出了殘余奧氏體的硬度模型。主要工作如下:（1）建立了18CrNiMo7-6合金鋼滲碳過(guò)程中溫度場(chǎng)和滲碳場(chǎng)的有限元計(jì)算模型。通過(guò)加熱膨脹曲線,... 

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

滲碳淬火工藝的耦合場(chǎng)

1緒論7另一類(lèi)為大型通用有限元軟件，ABAQUS、ANSYS、MARC等，目前多數(shù)淬火模擬結(jié)果都是通過(guò)在此類(lèi)軟件上添加用戶(hù)自定義程序?qū)崿F(xiàn)的，它有開(kāi)放的接口，可以用其各自的程序語(yǔ)言編寫(xiě)子程序，實(shí)現(xiàn)熱處理過(guò)程的理論數(shù)學(xué)模型，因此可以自由選擇不同模型進(jìn)行比較，完成溫度、組織和應(yīng)力場(chǎng)的預(yù)測(cè)。而且此類(lèi)軟件有很強(qiáng)的非線性求解能力，尤其是ABAQUS，方便實(shí)現(xiàn)熱處理過(guò)程的多場(chǎng)耦合問(wèn)題。但這類(lèi)軟件并不能考慮熱處理過(guò)程中各種組織的熱物性能參數(shù)，例如，對(duì)于相變潛熱無(wú)法作為內(nèi)熱源加熱到溫度場(chǎng)程序中，只能講上一步產(chǎn)生的潛熱作為當(dāng)前時(shí)間步的熱源進(jìn)行處理，這樣就有嚴(yán)格的時(shí)間步長(zhǎng)要求。圖1.2熱處理模擬軟件分類(lèi)很多學(xué)者在熱處理數(shù)值模擬這方面開(kāi)展了許多研究并取得了很大的成績(jī)。近幾年，為了更好的服務(wù)于淬火等熱處理仿真方面的研究，大量的基礎(chǔ)工作也開(kāi)始進(jìn)行，如淬火冷卻介質(zhì)換熱系數(shù)、材料物性參數(shù)的測(cè)量；更多數(shù)學(xué)模型的提出等。美國(guó)早在1997年的美國(guó)熱處理發(fā)展技術(shù)路線圖中就提出大規(guī)模開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)工藝預(yù)測(cè)工具，進(jìn)行熱處理相變等模型的開(kāi)發(fā)[39]。近些年，我國(guó)逐漸加大了對(duì)熱處理數(shù)值模擬技術(shù)的重視。2014年，在中國(guó)工程院多位院士的參與和領(lǐng)導(dǎo)下，制定了“中國(guó)熱處理與表層改性技術(shù)路線圖”，明確提出圍繞產(chǎn)業(yè)、精密、高效、和經(jīng)濟(jì)五大目標(biāo)，立志打造中國(guó)特色的虛擬熱處理技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)[39]。其中，北京航空材料研究院趙振業(yè)院士提出抗疲勞制造的概念，建立了一個(gè)以

218CrNiMo7-6合金鋼滲碳工藝的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證14鋼鐵材料在不同應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及不同受力條件下的相變。該設(shè)備通過(guò)感應(yīng)線圈對(duì)試樣加熱，還可以通過(guò)噴射氮?dú)膺M(jìn)行快速冷卻，最大的加熱和冷卻速率可達(dá)100℃/s。通過(guò)熱電偶來(lái)記錄樣品的溫度變化，樣品的膨脹量信息通過(guò)儀器測(cè)量的樣品軸向尺寸的變化來(lái)記錄。為防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品發(fā)生脫碳和氧化現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)艙一直保持真空狀態(tài)。圖2.1相變膨脹儀的儀器操作模塊（2）實(shí)驗(yàn)方法本研究參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[44]《鋼的臨界點(diǎn)測(cè)定方法（膨脹法）》來(lái)確定奧氏體化參數(shù)。通過(guò)儀器記錄的樣品長(zhǎng)度變化量與試樣的初始長(zhǎng)度的比值計(jì)算應(yīng)變量，膨脹曲線為縱坐標(biāo)為應(yīng)變量、橫坐標(biāo)為溫度的函數(shù)曲線。如圖2.2所示，用切線法可確定相變臨界點(diǎn)，利用杠桿原理可計(jì)算相變量：010LLfLL(2.14)式中：L表示試樣的長(zhǎng)度，L0、L1分別表示試樣相變前后即母相和新相的長(zhǎng)度。相變過(guò)程中，三者均隨時(shí)間和溫度變化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱處理對(duì)高Cr-Co-Mo軸承鋼組織與性能的影響[J]. 肖茂果,李東輝,呂新楊,李紹宏,趙昆渝,楊卯生.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2018(08)
[2]20CrNi2Mo鋼真空滲碳工藝及數(shù)值模擬[J]. 王志新,施建軍,梅俊歌,劉瑞.  金屬熱處理. 2017(11)
[3]An optimized hardness model for carburizing-quenching of low carbon alloy steel[J]. 張星,唐進(jìn)元,張學(xué)瑞.  Journal of Central South University. 2017(01)
[4]基于鋼箔滲碳的碳傳遞系數(shù)的精確測(cè)定[J]. 劉博勛,張幸,顧劍鋒.  金屬熱處理. 2016(01)
[5]17CrNiMo6鋼內(nèi)齒圈滲碳仿真關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 張星,唐進(jìn)元.  金屬熱處理. 2015(03)
[6]我國(guó)高性能化智能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究[J]. 潘健生,王婧,顧劍鋒.  金屬熱處理. 2015(01)
[7]齒輪的表面完整性與抗疲勞制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 高玉魁,趙振業(yè).  金屬熱處理. 2014(04)
[8]發(fā)展熱處理和表面改性技術(shù),提升國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力[J]. 趙振業(yè).  金屬熱處理. 2013(01)
[9]滲碳件滲層碳濃度與硬度分布的模擬[J]. 劉飛燕,樊新民.  熱處理. 2007(05)
[10]高強(qiáng)度合金應(yīng)用與抗疲勞制造技術(shù)[J]. 趙振業(yè).  航空制造技術(shù). 2007(10)

博士論文
[1]中碳鋼淬火應(yīng)力分布的測(cè)定和有限元模擬[D]. 劉玉.上海交通大學(xué) 2017
[2]30Cr2Ni4MoV鋼低壓轉(zhuǎn)子熱處理工藝的研究[D]. 陳睿愷.上海交通大學(xué) 2012

碩士論文
[1]Ti6Al4V鈦合金固體滲碳、滲硼工藝探究及組織性能研究[D]. 汪旭東.江蘇大學(xué) 2017
[2]滲碳零件淬火過(guò)程數(shù)值模擬簡(jiǎn)化模型研究[D]. 呂東.燕山大學(xué) 2016
[3]18CrNiMo7-6齒輪熱處理模擬及換熱系數(shù)的測(cè)定[D]. 劉志新.大連交通大學(xué) 2013
[4]滲碳圓柱齒輪淬火過(guò)程的數(shù)值模擬[D]. 楊志強(qiáng).燕山大學(xué) 2010
[5]真空滲碳控制中材料關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量和模擬軟件的開(kāi)發(fā)[D]. 舒穎.上海交通大學(xué) 2009



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